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JP7770175B2 - Carboxylic acid polymers with upper critical solution temperature-type temperature responsiveness and their applications - Google Patents

Carboxylic acid polymers with upper critical solution temperature-type temperature responsiveness and their applications

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JP7770175B2
JP7770175B2 JP2021202212A JP2021202212A JP7770175B2 JP 7770175 B2 JP7770175 B2 JP 7770175B2 JP 2021202212 A JP2021202212 A JP 2021202212A JP 2021202212 A JP2021202212 A JP 2021202212A JP 7770175 B2 JP7770175 B2 JP 7770175B2
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Tosoh Finechem Corp
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Description

本発明は、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液として有用な、上限臨界溶液温度(UCST)型の温度応答性を有するカルボン酸系ポリマー及びその用途としての温度応答性を有するカルボン酸系ポリマーを含む正浸透膜法水処理システム及び浸透圧発電の駆動溶液に関する。 The present invention relates to a carboxylic acid polymer with upper critical solution temperature (UCST)-type temperature responsiveness, which is useful as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic power generation, and to a forward osmosis membrane water treatment system and an osmotic power generation driving solution containing the temperature-responsive carboxylic acid polymer.

刺激応答性ポリマーは、温度、pH、イオン強度、光照射、電磁場の印加などの外部刺激に応答して物理的・化学的特性が変化する材料である。中でも温度応答性ポリマーは、ドラッグデリバリーシステム、遺伝子治療、金属や細胞などの分離、バイオイメージング、カテーテル、人工筋肉、光学デバイス、触媒、正浸透膜法水処理システム、浸透圧発電などの分野への利用が期待されるため、広く研究されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。 Stimuli-responsive polymers are materials whose physical and chemical properties change in response to external stimuli such as temperature, pH, ionic strength, light irradiation, and the application of electromagnetic fields. Temperature-responsive polymers in particular are being widely studied due to their potential applications in fields such as drug delivery systems, gene therapy, separation of metals and cells, bioimaging, catheters, artificial muscles, optical devices, catalysts, forward osmosis water treatment systems, and osmotic power generation (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

温度応答性ポリマーは、外部からの温度刺激に応じて、溶媒への溶解性が変化するポリマーであり、温度による相変化により、下限臨界溶液温度(LCST)を有するLCST挙動と上限臨界溶液温度(以下、UCSTということがある。)を有するUCST挙動に分類される。 Temperature-responsive polymers are polymers whose solubility in a solvent changes in response to an external temperature stimulus. Due to the temperature-induced phase change, they are classified into two types: LCST behavior, which has a lower critical solution temperature (LCST), and UCST behavior, which has an upper critical solution temperature (UCST).

ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(P-NIPAM)に代表されるLCST型ポリマーは、バイオメディカル分野を中心に盛んに研究されており、P-NIPAMの他、ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)、ポリ(N-ビニルカプロラクタム)、ポリ(オリゴエチレングリコール)アクリレートなど多くのLCST型ポリマーが報告されている。しかし、UCST挙動を示すポリマーの報告例はごくわずかに限られており、特に幅広いポリマー濃度領域において分子間相互作用によりUCST挙動を示すイオン性ポリマーはほとんど報告例がない。 LCST polymers, typified by poly(N-isopropylacrylamide) (P-NIPAM), have been actively researched, primarily in the biomedical field, and many other LCST polymers have been reported, including P-NIPAM, poly(N-isopropylmethacrylamide), poly(N-vinylcaprolactam), and poly(oligoethylene glycol) acrylate. However, there have only been a few reported examples of polymers that exhibit UCST behavior, and in particular, there have been almost no reports of ionic polymers that exhibit UCST behavior due to intermolecular interactions over a wide range of polymer concentrations.

イオン性ポリマーに関しては、アクリル酸とアクリロニトリルとの共重合体(例えば非特許文献1)、アクリル酸と耐加水分解性に優れるスチレンとの共重合体(例えば非特許文献2)、ホモポリマーであるポリアクリル酸(PAA)及びそのナトリウム塩(PAA-Na)(例えば非特許文献3)等が知られているが、これらの内、温度応答性ポリマーとして報告があるのはアクリル酸/アクリロニトリル共重合体のみである。 Known ionic polymers include copolymers of acrylic acid and acrylonitrile (e.g., Non-Patent Document 1), copolymers of acrylic acid and styrene, which has excellent hydrolysis resistance (e.g., Non-Patent Document 2), and the homopolymer polyacrylic acid (PAA) and its sodium salt (PAA-Na) (e.g., Non-Patent Document 3). However, of these, only acrylic acid/acrylonitrile copolymers have been reported as temperature-responsive polymers.

本発明者らは、アニオン性モノマーであるスチレンスルホン酸とカチオン性モノマーである4-ビニルベンジルトリメチルアンモニウムからなるポリアンホライトが、ポリマー分子間の静電相互作用及び疎水相互作用によってUCSTを示し、かつ高い浸透圧と耐加水分解性を示すことから、正浸透膜法水処理システムの駆動溶液として有用なことを見出している(例えば、特許文献3)。 The inventors have discovered that polyampholites composed of the anionic monomer styrene sulfonic acid and the cationic monomer 4-vinylbenzyltrimethylammonium exhibit UCST due to electrostatic and hydrophobic interactions between polymer molecules, and also exhibit high osmotic pressure and hydrolysis resistance, making them useful as work solutions in forward osmosis membrane water treatment systems (see, for example, Patent Document 3).

また、カルボキシル基がアミノアルキル化されたエステル構造単位及びスルホ基を含む構造単位を含むポリマー、並びにさらにカルボキシル基含有構造単位を有するポリマーを上記の正浸透膜法水処理システムの駆動溶液に用いることが知られている(例えば、特許文献4)。 It is also known that polymers containing ester structural units in which the carboxyl group is aminoalkylated and structural units containing sulfo groups, as well as polymers further containing carboxyl group-containing structural units, can be used in the work solution of the above-mentioned forward osmosis membrane water treatment system (e.g., Patent Document 4).

特許第4069221号公報Patent No. 4069221 特許第6125863号公報Patent No. 6125863 国際公開第2020/188839号International Publication No. 2020/188839 特開2021-107491号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-107491

Chuanzhuang Zhaoら;Macromolecules,52巻,4441~4446頁,2019年Chuanzhuang Zhao et al.; Macromolecules, Vol. 52, pp. 4441-4446, 2019 S.Toppetら;Journal of Polymer Science Part-A,13巻,8号,1879~1887頁,1975年S. Toppet et al., Journal of Polymer Science Part-A, Vol. 13, No. 8, pp. 1879-1887, 1975 Qingchun Geら;Water Research,46巻,1318~1326頁,2012年Qingchun Ge et al.; Water Research, Vol. 46, pp. 1318-1326, 2012

非特許文献1では、アクリロニトリル重合単位を4.5モル%~22モル%含み、数平均分子量2.7万ダルトン~3.7万ダルトンを有するアクリル酸共重合体の0.5重量%~2.0重量%水溶液が、7.2℃~37.9℃のUCST性を示すことが記載されている。
しかし、高濃度域の物性については言及されておらず、幅広いポリマー濃度領域におけるUCST挙動の発現に課題があった。分子量が2万を超えるため、この場合は高濃度域の粘度及びUCSTはかなり高いと予想される。また、アクリロニトリル重合単位のシアノ基は、高温水中で加水分解してカルボキシル基へ変化するため、安定的に再現性良く効果を発現する上では、経時的にUCSTが低下もしくは消失するという課題がある。
Non-Patent Document 1 describes that a 0.5 wt % to 2.0 wt % aqueous solution of an acrylic acid copolymer containing 4.5 mol % to 22 mol % of acrylonitrile polymerized units and having a number average molecular weight of 27,000 to 37,000 daltons exhibits UCST properties of 7.2°C to 37.9°C.
However, there was no mention of physical properties in the high concentration range, and there was a problem with the manifestation of UCST behavior over a wide polymer concentration range. Since the molecular weight exceeds 20,000, in this case, the viscosity and UCST in the high concentration range are expected to be quite high. In addition, since the cyano group of the acrylonitrile polymerization unit is hydrolyzed to a carboxyl group in high-temperature water, there is a problem in manifesting the effect stably and reproducibly, as the UCST decreases or disappears over time.

非特許文献2では、アクリル酸とスチレンとの共重合に関する報告はあるが、UCSTなどポリマー構造と温度応答性に言及した例は無く、当該文献にはアクリル酸のカルボキシル基といった溶媒と水素結合形成可能な官能基を有するモノマーの共重合は、反応性比に対する反応溶媒等の影響が大きいことも報告されており、従来、アニオン性のポリマーとしてUCSTを発現し得る分子設計自体も困難であった。 Non-Patent Document 2 reports on the copolymerization of acrylic acid and styrene, but does not mention the relationship between polymer structure and temperature responsiveness, such as UCST. The document also reports that the copolymerization of monomers with functional groups capable of forming hydrogen bonds with solvents, such as the carboxyl group of acrylic acid, is significantly affected by factors such as the reaction solvent on the reactivity ratio. Until now, it has been difficult to even design molecules capable of producing UCST as an anionic polymer.

非特許文献3では、ホモポリマーであるポリアクリル酸ナトリウム塩(PAA-Na)が正浸透膜水処理システムの駆動溶液として可能性があることを示しているが、共重合体の温度応答性を有するカルボン酸系ポリマーに関する記載は無く、UCSTを発現し得る具体的な分子設計は依然として困難であった。 Non-Patent Document 3 indicates that the homopolymer polyacrylic acid sodium salt (PAA-Na) has potential as a working solution for forward osmosis membrane water treatment systems, but there is no description of a carboxylic acid-based copolymer with temperature responsiveness, and it remains difficult to design specific molecules capable of exhibiting UCST.

従来の上限臨界溶液温度型の温度応答性を有するポリマー(以下、UCST型ポリマーと言うことがある)は、原料として高価なカチオン性モノマーを使用し、且つUCST及び水溶液粘度が高過ぎるため課題があり、低コストでUCST及び水溶液粘度が低いUCST型ポリマーが求められていた。 Conventional upper critical solution temperature-responsive polymers (hereinafter sometimes referred to as UCST-type polymers) have issues, such as using expensive cationic monomers as raw materials and having excessively high UCST and aqueous solution viscosity. Therefore, there has been a demand for low-cost UCST-type polymers with low UCST and aqueous solution viscosity.

正浸透膜法水処理システムの駆動溶液(以下、Draw Solutionの略称としてDSということがある)を用途例として、従来のUCST型ポリマーの課題を以下に説明する。 The issues with conventional UCST-type polymers are explained below using the draw solution (hereinafter sometimes referred to as DS, an abbreviation for Draw Solution) in a forward osmosis membrane water treatment system as an example of its application.

図1はUCST型ポリマーの相分離曲線を模式的に示した図であり、図1中のに実線で示した曲線の上側がポリマーが溶解している均一相であり、下側に二相分離の状態を示す。図2はUCST型(冷却分離型)の駆動溶液(DS)を利用した正浸透膜法水処理システムの模式図を示す。図1および図2において、図中のa~eは図1および図2の相互に対応する。
例えば以下に記載の、a→b工程、b→c→d/e工程、およびd→a工程の各工程を説明する。
a→b工程;図1及び図2中のaで示される駆動溶液(DS)として十分な浸透圧を有する40重量%ポリマー水溶液が、半透膜を介して50℃で被処理水から水を吸い出し、図1及び図2中のbで示される通り、濃度20重量%まで希釈されて浸透圧(吸水力)が低下する。
b→c→d/e工程;希釈された20重量%ポリマー水溶液bを、図1及び図2中のcで示される通り、20℃まで冷却すると相分離が起こり、図1及び図2中のeで示される淡水と、図1及び図2中のdで示される40重量%ポリマー水溶液が再生される。
d→a工程;再生された40重量%ポリマー水溶液を50℃まで昇温し、再び被処理水から淡水を吸い出す。
以上の一連のサイクルを模式的に示したのが図2であり、各工程におけるポリマー濃度と相分離温度との関係を示したのが図1である。
Figure 1 is a diagram showing a phase separation curve of a UCST polymer. The upper part of the solid line in Figure 1 represents the homogeneous phase in which the polymer is dissolved, and the lower part represents the two-phase separation state. Figure 2 shows a schematic diagram of a forward osmosis water treatment system using a UCST (cooling separation) working solution (DS). In Figures 1 and 2, a to e correspond to each other in Figures 1 and 2.
For example, the steps a → b, b → c → d/e, and d → a will be described below.
Step a → b: A 40 wt % aqueous polymer solution having sufficient osmotic pressure as a draw solution (DS), shown as a in Figures 1 and 2, draws water from the water to be treated at 50°C through a semipermeable membrane, and as shown as b in Figures 1 and 2, is diluted to a concentration of 20 wt % and its osmotic pressure (water absorption capacity) decreases.
Steps b → c → d/e: When the diluted 20 wt % aqueous polymer solution b is cooled to 20°C as shown by c in Figures 1 and 2, phase separation occurs, and fresh water shown by e in Figures 1 and 2 and a 40 wt % aqueous polymer solution shown by d in Figures 1 and 2 are reproduced.
Step d→step a: The regenerated 40 wt % aqueous polymer solution is heated to 50° C., and fresh water is again sucked out from the water to be treated.
The above-described series of cycles is shown schematically in FIG. 2, and the relationship between the polymer concentration and the phase separation temperature in each step is shown in FIG.

上記システムにおける理想的な相分離曲線の傾斜と相分離温度は、被処理水の温度、運転温度、駆動溶液の浸透圧と粘度、あるいは使用する半透膜の物性によって変わるため、一概には言えない。例えば図1に図示された相分離曲線の傾斜の場合、1サイクル当たり駆動溶液とほぼ同量の淡水を製造することができる。これに対し、例えば、相分離曲線の傾斜が図1における場合の2倍大きくなれば、1サイクル当たりの淡水製造量は半減する。逆に傾斜が1/2になれば1サイクル当たりの淡水製造量は増大する。 The ideal phase separation curve slope and phase separation temperature for the above system cannot be generalized, as they vary depending on the temperature of the water to be treated, the operating temperature, the osmotic pressure and viscosity of the work solution, and the physical properties of the semipermeable membrane used. For example, with the phase separation curve slope shown in Figure 1, approximately the same amount of fresh water as the work solution can be produced per cycle. In contrast, if the phase separation curve slope is twice as large as in Figure 1, the amount of fresh water produced per cycle will be halved. Conversely, if the slope is halved, the amount of fresh water produced per cycle will increase.

また、相分離温度(溶解温度)が高過ぎると、温海水や石油随伴水からの40℃~60℃程度での淡水製造が困難となる。また、水溶液粘度が高過ぎると、特に駆動溶液を冷却/再生した後の駆動溶液の循環に負荷が掛かり、さらに半透膜内の濃度分極(支持層内へポリマーが拡散し難くなる)によって吸水速度が低下する。 Furthermore, if the phase separation temperature (dissolution temperature) is too high, it becomes difficult to produce freshwater at around 40°C to 60°C from warm seawater or petroleum-produced water. Furthermore, if the viscosity of the aqueous solution is too high, a burden is placed on the circulation of the working solution, especially after it has been cooled/regenerated, and the water absorption rate decreases due to concentration polarization within the semipermeable membrane (making it difficult for the polymer to diffuse into the support layer).

特許文献3(国際公開第2020/188839号)に記載のポリアンホライトは、(1)無機塩の不在下ではUCSTが劇的に上昇し、且つ相分離曲線の傾きが大き過ぎる、(2)水溶液粘度が高過ぎる、(3)高価なカチオン性モノマーを多く使用するため高コストとなる等の課題があった。
特許文献4(特開2021-107491号公報)に記載のポリマーは、ポリマー側鎖にアミノ基及びスルホ基が必須となる強電解質ポリマーであり、さらに上記エステル構造単位を骨格とするため、加水分解が懸念された。
特許文献3、特許文献4に記載の通り、アクリル酸のカルボキシル基といった溶媒と水素結合形成可能な官能基を有するモノマーの共重合は、従来、アニオン性のポリマーとしてUCSTを発現し得る分子設計自体も困難であった。
さらに、従来のUCST型ポリマー(例えば特許文献3、特許文献4)は強電解質ポリマーであり、浸透圧が高いメリットはあるが、無機塩の不存在下では、相分離曲線の傾斜が大き過ぎる、相分離温度が高過ぎる、水溶液粘度が高過ぎるなどの課題があり、強く改良が求められていた。
The polyampholite described in Patent Document 3 (WO 2020/188839) had problems such as: (1) a dramatic increase in UCST in the absence of an inorganic salt, and an excessively steep slope of the phase separation curve; (2) an excessively high viscosity of the aqueous solution; and (3) high costs due to the use of a large amount of expensive cationic monomers.
The polymer described in Patent Document 4 (JP 2021-107491 A) is a strong electrolyte polymer in which amino groups and sulfo groups are essential in the polymer side chains, and furthermore, the above-mentioned ester structural unit is used as the skeleton, so there was a concern about hydrolysis.
As described in Patent Documents 3 and 4, copolymerization of a monomer having a functional group capable of forming a hydrogen bond with a solvent, such as the carboxyl group of acrylic acid, has traditionally been difficult, even in terms of molecular design that can express UCST as an anionic polymer.
Furthermore, conventional UCST-type polymers (e.g., Patent Documents 3 and 4) are strong electrolyte polymers, and although they have the advantage of high osmotic pressure, in the absence of inorganic salts they have problems such as an excessively steep slope of the phase separation curve, an excessively high phase separation temperature, and an excessively high aqueous solution viscosity, and therefore there has been a strong demand for improvements.

そこで本発明の目的は上記の従来の課題を解決できる材料及びそれを利用できるシステムを提供することにある。
すなわち、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液として有用な、上限臨界溶液温度(UCST)型の温度応答性を有するカルボン酸系ポリマー及びその用途としての温度応答性を有するカルボン酸系ポリマーを含む正浸透膜法水処理システム及び浸透圧発電の駆動溶液を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a material that can solve the above-mentioned conventional problems and a system that can utilize the material.
Specifically, the present invention provides a carboxylic acid polymer having upper critical solution temperature (UCST)-type temperature responsiveness, which is useful as a driving solution for a forward osmosis membrane water treatment system or an osmotic pressure power generation system, and a driving solution for a forward osmosis membrane water treatment system or an osmotic pressure power generation system, which contains a temperature-responsive carboxylic acid polymer for such an application.

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、アクリル酸やメタクリル酸など、汎用性があり、安価なカルボキシル基含有ビニルモノマーを主成分とし、これにスチレンやビニル安息香酸などの芳香族ビニルモノマーを特定量共重合したポリマーが、特定域の分子量及び分子量分布において、溶液粘度が低く、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としてより適正なUCST型の相分離性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。 After extensive research, the inventors discovered that polymers composed primarily of versatile, inexpensive carboxyl-containing vinyl monomers such as acrylic acid or methacrylic acid, copolymerized with specific amounts of aromatic vinyl monomers such as styrene or vinyl benzoic acid, have low solution viscosity within a specific range of molecular weight and molecular weight distribution, and exhibit UCST-type phase separation properties that make them suitable for use as a driving solution in forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic power generation, leading to the completion of the present invention.

即ち本発明は、以下の発明に係る。
[1]
下記構造単位(A)及び(B)を含み、構造単位(B)の含有量が構造単位(A)及び(B)の合計に対して5モル%~30モル%、数平均分子量Mnが500ダルトン~20,000ダルトン(Da)及び数平均分子量Mnと重量平均分子量Mwの比Mw/Mnが1.00~2.00のポリマーであって、水溶性及び上限臨界溶液温度(以下、UCSTと略称することがある)を有し、50重量%水溶液の粘度が25℃で10mPa・s~10,000mPa・sであり、UCST未満の温度で疎水性、UCST以上の温度で親水性を示す、温度応答性のカルボン酸系ポリマー。
構造単位(A)は、下記一般式(1)
で表されるカルボキシル基含有ビニルモノマー由来の構造単位(式(1)中、Rは水素原子又はカルボキシル基を表し、Rは水素原子、メチル基、エチル基又はカルボキシメチル基を表し、Mはプロトン、アンモニウムカチオン又はアルカリ金属カチオンを表す。)であり、
構造単位(B)は、下記一般式(2)
で表される芳香族ビニルモノマー由来の構造単位(式(2)中、Rは水素原子、水酸基又はカルボキシル基を表す。)である。
[2]
項[1]の構造単位(A)及び(B)に対して、更に下記構造単位(C)を含み、構造単位(C)の含有量が構造単位(A)~(C)の合計に対して0.1モル%~10モル%である項[1]に記載のカルボン酸系ポリマー。
構造単位(C)は、下記一般式(3)
で表される構造単位である(式(3)中、Qはアクリルアミド系ビニルモノマー由来の構造単位を表す。)。
[3]
前記数平均分子量Mnが500ダルトン~5,000ダルトン(Da)である、項[1]又は項[2]に記載のカルボン酸系ポリマー。
[4]
前記構造単位(A)が、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸及びマレイン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種のカルボキシル基含有ビニルモノマー由来の構造単位であり、前記構造単位(B)が、スチレン、ビニル安息香酸及びヒドロキシスチレンからなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族ビニルモノマー由来の構造単位である、項[1]に記載のカルボン酸系ポリマー。
[5]
前記構造単位(A)が、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸及びマレイン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種のビニルモノマー由来の構造単位であり、前記構造単位(B)が、スチレン、ビニル安息香酸及びヒドロキシスチレンからなる群より選ばれる少なくとも一種のビニルモノマー由来の構造単位であり、前記構造単位(C)が、アクリルアミド、メタクリルアミド、4-アクロイルモルホリン及び4-メタクリロイルモルホリンからなる群より選ばれる少なくとも一種のアクリルアミド系ビニルモノマー由来の構造単位である、項[2]に記載のカルボン酸系ポリマー。
[6]
20重量%水溶液のUCSTが50℃~100℃、30重量%水溶液で40℃~90℃、40重量%水溶液で30℃~70℃、且つ50重量%水溶液で10℃~60℃である項[1]~項[5]のいずれかに記載のカルボン酸系ポリマー。
[7]
50重量%水溶液粘度が、40℃で10mPa・s~5000mPa・sである項[1]~項[6]のいずれかに記載のカルボン酸系ポリマー。
[8]
前記ポリマーの末端がカルボキシル基である構造である、項[1]~項[7]のいずれかに記載のカルボン酸系ポリマー。
[9]
カルボキシル基含有ビニルモノマー及び芳香族ビニルモノマーを含むモノマー混合物を、親水性溶媒中、親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤、又は親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤及びRAFT剤若しくは親水性の連鎖移動剤を用いて重合させる、UCST未満で疎水性、UCST以上で親水性を示す温度応答性のカルボン酸系ポリマーの製造方法であって、
前記モノマー混合物中の全モノマーに対する芳香族ビニルモノマーの割合は9.0モル%~20.0モル%であり、
前記モノマー混合物中の全モノマーに対する親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤、RAFT剤及び親水性の連鎖移動剤の割合の総和は0.90モル%~13.0モル%である、
方法。
[10]
前記カルボキシル基含有ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸及びマレイン酸からなる群より選ばれる1以上のカルボキシル基含有ビニルモノマーであり、
芳香族ビニルモノマーが、スチレン、ビニル安息香酸及びヒドロキシスチレンからなる群より選ばれる1以上の芳香族ビニルモノマーである、
項[9]に記載の製造方法。
[11]
モノマー混合物が、アクリルアミド系ビニルモノマーをさらに含むモノマー混合物である項[9]又は項[10]に記載の製造方法であって、
前記モノマー混合物中の全モノマーに対する芳香族ビニルモノマーの割合は10.0モル%~15.0モル%、アクリルアミド系ビニルモノマーの割合は0.1モル%~5.0モル%である、
方法。
[12]
前記アクリルアミド系ビニルモノマーが、アクリルアミド、メタクリルアミド、4-アクロイルモルホリン及び4-メタクリロイルモルホリンからなる群より選ばれる1以上のアクリルアミド系ビニルモノマーである項[11]に記載の製造方法。
[13]
前記親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤がカルボキシル基を有する親水性の重合開始剤であり、前記RAFT剤がカルボキシル基を有するRAFT剤であり、及び前記親水性の連鎖移動剤がカルボキシル基を有する親水性の連鎖移動剤である、項[9]~項[12]のいずれかに記載の製造方法。
[14]
前記親水性溶媒がメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン及び水からなる群より選ばれる1または2以上である、項[9]~項[13]のいずれかに記載の製造方法。
[15]
項[1]~項[8]のいずれかに記載のカルボン酸系ポリマーを1重量%~70重量%含む水溶液であって、UCST未満で相分離し、UCST以上で均一溶液となる水溶液。
[16]
前記カルボン酸系ポリマーの含有量が20重量%~50重量%である、項[15]に記載の水溶液。
[17]
相分離温度が40℃~60℃である、項[15]又は項[16]に記載の水溶液。
[18]
項[1]~項[8]のいずれかに記載のカルボン酸系ポリマーを溶質として含む、正浸透膜法水処理システム用又は浸透圧発電用の駆動溶液。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1]
A temperature-responsive carboxylic acid polymer comprising the following structural units (A) and (B), wherein the content of the structural unit (B) is 5 mol % to 30 mol % based on the total of the structural units (A) and (B), the polymer has a number average molecular weight Mn of 500 to 20,000 daltons (Da), and a ratio Mw/Mn of the number average molecular weight Mn to the weight average molecular weight Mw of 1.00 to 2.00; the polymer is water-soluble and has an upper critical solution temperature (hereinafter, sometimes abbreviated as UCST), and the viscosity of a 50 wt % aqueous solution thereof at 25°C is 10 mPa·s to 10,000 mPa·s, and the polymer is hydrophobic at temperatures below the UCST and hydrophilic at temperatures equal to or higher than the UCST.
The structural unit (A) is represented by the following general formula (1):
(In formula (1), R1 represents a hydrogen atom or a carboxyl group, R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a carboxymethyl group, and M represents a proton, an ammonium cation or an alkali metal cation),
The structural unit (B) is represented by the following general formula (2):
(In formula (2), R3 represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, or a carboxyl group.)
[2]
Item [1] The carboxylic acid polymer according to item [1], further comprising the following structural unit (C) in addition to the structural units (A) and (B), and the content of the structural unit (C) is 0.1 mol % to 10 mol % based on the total of the structural units (A) to (C).
The structural unit (C) is represented by the following general formula (3):
(In formula (3), Q represents a structural unit derived from an acrylamide vinyl monomer.)
[3]
The carboxylic acid polymer according to item [1] or [2], wherein the number average molecular weight Mn is 500 to 5,000 Daltons (Da).
[4]
The carboxylic acid polymer according to item [1], wherein the structural unit (A) is a structural unit derived from at least one carboxyl group-containing vinyl monomer selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid, and the structural unit (B) is a structural unit derived from at least one aromatic vinyl monomer selected from the group consisting of styrene, vinylbenzoic acid, and hydroxystyrene.
[5]
Item [2]. The carboxylic acid polymer according to item [2], wherein the structural unit (A) is a structural unit derived from at least one vinyl monomer selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid; the structural unit (B) is a structural unit derived from at least one vinyl monomer selected from the group consisting of styrene, vinylbenzoic acid, and hydroxystyrene; and the structural unit (C) is a structural unit derived from at least one acrylamide-based vinyl monomer selected from the group consisting of acrylamide, methacrylamide, 4-acroylmorpholine, and 4-methacryloylmorpholine.
[6]
[5] The carboxylic acid polymer according to any one of [1] to [5], wherein the UCST of a 20 wt% aqueous solution is 50°C to 100°C, that of a 30 wt% aqueous solution is 40°C to 90°C, that of a 40 wt% aqueous solution is 30°C to 70°C, and that of a 50 wt% aqueous solution is 10°C to 60°C.
[7]
[6] The carboxylic acid polymer according to any one of [1] to [6], wherein the viscosity of a 50 wt% aqueous solution at 40°C is 10 mPa·s to 5000 mPa·s.
[8]
Item [1] to [7], wherein the polymer has a structure in which the terminal of the polymer is a carboxyl group.
[9]
A method for producing a temperature-responsive carboxylic acid polymer that is hydrophobic below UCST and hydrophilic at or above UCST, comprising polymerizing a monomer mixture containing a carboxyl group-containing vinyl monomer and an aromatic vinyl monomer in a hydrophilic solvent using a hydrophilic azo radical polymerization initiator, or a hydrophilic azo radical polymerization initiator and a RAFT agent or a hydrophilic chain transfer agent,
the ratio of the aromatic vinyl monomer to all monomers in the monomer mixture is 9.0 mol % to 20.0 mol %;
the total ratio of the hydrophilic azo radical polymerization initiator, the RAFT agent, and the hydrophilic chain transfer agent to all the monomers in the monomer mixture is 0.90 mol % to 13.0 mol %;
method.
[10]
the carboxyl group-containing vinyl monomer is one or more carboxyl group-containing vinyl monomers selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid;
The aromatic vinyl monomer is one or more aromatic vinyl monomers selected from the group consisting of styrene, vinyl benzoic acid, and hydroxystyrene;
The manufacturing method according to item [9].
[11]
Item [9] or [10], the monomer mixture further contains an acrylamide vinyl monomer, the manufacturing method according to item [9] or [10],
the ratio of the aromatic vinyl monomer to all the monomers in the monomer mixture is 10.0 mol% to 15.0 mol%, and the ratio of the acrylamide vinyl monomer is 0.1 mol% to 5.0 mol%;
method.
[12]
Item [11] The method according to item [11], wherein the acrylamide vinyl monomer is one or more acrylamide vinyl monomers selected from the group consisting of acrylamide, methacrylamide, 4-acroylmorpholine, and 4-methacryloylmorpholine.
[13]
Item [9] to [12]. The method according to any one of items [9] to [12], wherein the hydrophilic azo radical polymerization initiator is a hydrophilic polymerization initiator having a carboxyl group, the RAFT agent is a RAFT agent having a carboxyl group, and the hydrophilic chain transfer agent is a hydrophilic chain transfer agent having a carboxyl group.
[14]
The method according to any one of items [9] to [13], wherein the hydrophilic solvent is one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone, and water.
[15]
An aqueous solution containing 1% by weight to 70% by weight of the carboxylic acid polymer according to any one of items [1] to [8], which undergoes phase separation below the UCST and becomes a homogeneous solution above the UCST.
[16]
Item [15] The aqueous solution according to item [15], wherein the content of the carboxylic acid polymer is 20% by weight to 50% by weight.
[17]
Item [15] or [16], wherein the phase separation temperature is 40 ° C to 60 ° C. The aqueous solution according to item [16] or [16].
[18]
A work solution for a forward osmosis membrane water treatment system or an osmotic pressure power generation system, comprising the carboxylic acid polymer according to any one of items [1] to [8] as a solute.

本発明のUCST型の温度応答性ポリマーは、アクリル酸やメタクリル酸など、汎用性の安価なカルボキシル基含有ビニルモノマーを主成分とし、これにスチレンやビニル安息香酸などの芳香族ビニルモノマーを所定量共重合し、さらに、所定範囲の分子量及び分子量分布を有する水溶性のカルボン酸系ポリマーである。このため、従来のイオン性UCST型ポリマーと比べて、無機塩を含まないか、あるいは無機塩を含んでも僅かであるにも関わらず、UCSTが低く、傾斜の小さい相分離曲線を示す。さらに水溶液の粘度が極めて低いため、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液として使用することができる。 The UCST-type temperature-responsive polymer of the present invention is a water-soluble carboxylic acid-based polymer whose main component is a versatile, inexpensive carboxyl-group-containing vinyl monomer, such as acrylic acid or methacrylic acid, copolymerized with a predetermined amount of an aromatic vinyl monomer, such as styrene or vinyl benzoic acid. It also has a predetermined molecular weight and molecular weight distribution. Therefore, compared to conventional ionic UCST-type polymers, it exhibits a low UCST and a phase separation curve with a small slope, despite containing no inorganic salts or only small amounts of inorganic salts. Furthermore, because the viscosity of the aqueous solution is extremely low, it can be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic power generation.

UCST型ポリマーの相分離曲線を模式的に示した図であり、横軸はポリマー水溶液濃度(単位はwt%(重量%))を示し、縦軸は相分離温度(単位は℃)を示す。図1中のa~eは正浸透膜法水処理システムの実施態様を示す図2中のa~eに対応する。1 is a diagram showing a schematic diagram of a phase separation curve of a UCST-type polymer, in which the horizontal axis indicates the concentration of the polymer aqueous solution (unit: wt % (weight %)) and the vertical axis indicates the phase separation temperature (unit: ° C.). A to E in FIG. 1 correspond to A to E in FIG. 2, which shows an embodiment of a forward osmosis membrane water treatment system. UCST型(冷却分離型)の駆動溶液(DS)を利用した正浸透膜法水処理システムの模式図を示す。図2中のa~eはUCST型ポリマーの相分離曲線を示す図1中のa~eに対応する。A schematic diagram of a forward osmosis membrane water treatment system using a UCST-type (cooling separation type) working solution (DS) is shown in Figure 2. A to E in Figure 2 correspond to A to E in Figure 1, which shows the phase separation curve of the UCST-type polymer. 実施例6で得られたアクリル酸/スチレン共重合体(1回精製後)の13C-NMRスペクトルであり、横軸は化学シフト(単位はppm)を示し、縦軸はシグナルの相対強度を示す。1 shows the 13 C-NMR spectrum of the acrylic acid/styrene copolymer (after first purification) obtained in Example 6, where the horizontal axis indicates chemical shift (unit: ppm) and the vertical axis indicates relative signal intensity. 図3の13C-NMRスペクトルの高磁場側の拡大図である(各ピークの帰属は表1参照)。This is an enlarged view of the high magnetic field side of the 13 C-NMR spectrum of FIG. 3 (see Table 1 for the assignment of each peak). 図3の13C-NMRスペクトルの低磁場側の拡大図である(各ピークの帰属は表1参照)。This is an enlarged view of the low magnetic field side of the 13 C-NMR spectrum of FIG. 3 (see Table 1 for the assignment of each peak).

以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜変形して実施できる。 The following describes in detail the mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as the "present embodiment"). Note that the present invention is not limited to the following present embodiment. The present invention can be modified and implemented as appropriate within the scope of its gist.

本発明に用いられるカルボキシル基含有モノマーは、本発明のUCST型ポリマーの主成分であり、上記一般式(1)で表される構造単位(A)を形成するために必要な水溶性モノマーである。 The carboxyl group-containing monomer used in the present invention is the main component of the UCST polymer of the present invention and is a water-soluble monomer necessary for forming the structural unit (A) represented by the above general formula (1).

本発明に用いられるカルボキシル基含有モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、マレイン酸及びイタコン酸があげられる。この内、重合性の観点から、アクリル酸及びメタクリル酸が好ましく、ポリマーの浸透圧の観点から、アクリル酸がより好ましい。本発明のカルボン酸系ポリマーに含まれる構造単位(A)のカルボキシル基は、浸透圧の観点ではアルカリ中和が有利だが、中和度によって水溶性が鋭敏に変化し、UCSTの制御が難しくなることから、中和度(カルボキシル基に対するアルカリの当量)は基本的には0%で良い。ただし、構造単位(B)の種類や含量によっては、高過ぎるUCSTを中和によって下げることができるため、中和度は0%を超え10%まで、さらに0.01%~10%が好ましい。 Carboxyl group-containing monomers used in the present invention include acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, maleic acid, and itaconic acid. Of these, acrylic acid and methacrylic acid are preferred from the viewpoint of polymerizability, and acrylic acid is more preferred from the viewpoint of the osmotic pressure of the polymer. For the carboxyl groups of the structural unit (A) contained in the carboxylic acid polymer of the present invention, alkali neutralization is advantageous from the viewpoint of osmotic pressure. However, since water solubility changes sharply depending on the degree of neutralization, making it difficult to control the UCST, the degree of neutralization (alkali equivalent to the carboxyl group) is basically sufficient at 0%. However, depending on the type and content of the structural unit (B), an excessively high UCST can be reduced by neutralization, so the degree of neutralization should be greater than 0% and up to 10%, and preferably 0.01% to 10%.

本発明に用いられる芳香族ビニルモノマーは、本発明のカルボン酸系ポリマーに含まれる、上記一般式(2)で表される構造単位(B)を形成するために必要な疎水性モノマーであり、特に限定するものではない。例えばスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、フルオロスチレン、α-メチルスチレン、シアノスチレン、メトキシスチレン、パラ-t-ブトキシスチレン、パラ-アセトキシスチレン、パラ-1-エトキシエトキシスチレン、ビニルナフタレン、ビニル安息香酸、スチレンホスホン酸等が挙げられる。これらの内、コストの観点ではスチレンが好ましく、相分離性の制御幅が広い観点では、ビニル安息香酸、スチレンホスホン酸が好ましい。 The aromatic vinyl monomer used in the present invention is a hydrophobic monomer necessary for forming the structural unit (B) represented by the above general formula (2) contained in the carboxylic acid polymer of the present invention, and is not particularly limited. Examples include styrene, chlorostyrene, bromostyrene, fluorostyrene, α-methylstyrene, cyanostyrene, methoxystyrene, para-t-butoxystyrene, para-acetoxystyrene, para-1-ethoxyethoxystyrene, vinylnaphthalene, vinylbenzoic acid, and styrenephosphonic acid. Of these, styrene is preferred from the perspective of cost, and vinylbenzoic acid and styrenephosphonic acid are preferred from the perspective of a wide range of control over phase separation.

また本発明に用いられる構造単位(C)を形成するために必要なモノマーは、上記したカルボキシル基含有ビニルモノマー及び芳香族ビニルモノマーと共重合できるものであれば、特に限定するものではなく、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクロイルモルホリン、メタクリロイルモルホリン、N-フェニルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、アクリロニトリル、塩化ビニル等が挙げられるが、共重合性及び相分離性の観点から、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクロイルモルホリン、メタクリロイルモルホリン等の親水性のアクリルアミド系モノマーが好ましい。 The monomer necessary to form the structural unit (C) used in the present invention is not particularly limited as long as it can be copolymerized with the above-mentioned carboxyl group-containing vinyl monomer and aromatic vinyl monomer. Examples include acrylamide, methacrylamide, acroylmorpholine, methacryloylmorpholine, N-phenylmaleimide, N-cyclohexylmaleimide, acrylonitrile, vinyl chloride, etc. However, from the viewpoint of copolymerizability and phase separation, hydrophilic acrylamide-based monomers such as acrylamide, methacrylamide, acroylmorpholine, and methacryloylmorpholine are preferred.

本発明のポリマーが示すUCST型相分離挙動は、主としてポリマー中の芳香環に起因する疎水相互作用によると考えられる。このため、ポリマーに含まれる上記した構造単位(A)と(B)のモル比は極めて重要であり、構造単位(A)及び(B)の合計に対する構造単位(B)の含有量は5.00モル%~30.00モル%が好ましい。相分離温度をより適正な範囲に制御するためには、5.00モル%~20.00モル%が好ましく、5.00モル%~15.00モル%がより好ましい。 The UCST-type phase separation behavior exhibited by the polymer of the present invention is believed to be primarily due to hydrophobic interactions resulting from aromatic rings in the polymer. For this reason, the molar ratio of the structural units (A) and (B) contained in the polymer is extremely important, and the content of structural unit (B) relative to the total of structural units (A) and (B) is preferably 5.00 mol% to 30.00 mol%. To control the phase separation temperature within a more appropriate range, a ratio of 5.00 mol% to 20.00 mol% is preferred, and 5.00 mol% to 15.00 mol% is even more preferred.

構造単位(C)を形成するモノマーは、構造単位(A)及び(B)からなるポリマーの耐久性や浸透圧を損なわない範囲で、相分離温度、水溶液粘度等を調整する目的で使用され。このため、構造単位(C)の含有量は、構造単位(A)、(B)及び(C)の合計に対して0.10モル%~10.00モル%が好ましく、1.00モル%~5.00モル%がより好ましい。 The monomer that forms structural unit (C) is used for the purpose of adjusting the phase separation temperature, aqueous solution viscosity, etc., within a range that does not impair the durability or osmotic pressure of the polymer composed of structural units (A) and (B). Therefore, the content of structural unit (C) is preferably 0.10 mol % to 10.00 mol %, and more preferably 1.00 mol % to 5.00 mol %, of the total of structural units (A), (B), and (C).

上記したように、本発明において、UCST性ポリマーに含まれるカルボキシル基含有ビニルモノマー由来の構造単位(A)と芳香族ビニルモノマー由来の構造単位(B)とのモル比は、温度応答性に影響する最も重要な因子である。また、ポリマーの分子量は相分離温度、浸透圧、透水能に影響する半透膜内の濃度分極及び粘度に影響する重要な因子である。また、後述するように、ポリマーの末端構造も相分離性に影響するため、少なくともポリマー末端の何れか一方にカルボキシル基を有する構造が好ましい。 As described above, in the present invention, the molar ratio of the structural unit (A) derived from a carboxyl group-containing vinyl monomer to the structural unit (B) derived from an aromatic vinyl monomer contained in the UCST polymer is the most important factor affecting temperature responsiveness. Furthermore, the molecular weight of the polymer is an important factor affecting the concentration polarization and viscosity within the semipermeable membrane, which affect the phase separation temperature, osmotic pressure, and water permeability. Furthermore, as described below, the terminal structure of the polymer also affects phase separation, so a structure having a carboxyl group at at least one of the polymer terminals is preferred.

本発明のUCST性ポリマーは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で数平均分子量及び重量平均分子量を測定できる。数平均分子量は、500ダルトン~20,000ダルトン(Da)であることが好ましい。数平均分子量が500ダルトン未満の場合、ポリマーは低温でも水に溶解することがある。一方、数平均分子量が20,000ダルトンを超えると加熱してもポリマーは水に溶解しないことがある。さらに相分離性や水溶液の粘度が高粘度になり操作性が悪化するかなどの観点を考慮すると、800ダルトン~13,000ダルトンが好ましく、1,000ダルトン~5,000ダルトンがより好ましい。
また、分子量分布が狭いほど温度応答性や相分離性が良好(シャープ)になるため、重量平均分子量を数平均分子量で除した値(Mw/Mn)は小さいほど良く、1.00~2.00の範囲であれば支障はないが、1.00~1.50が好ましく、1.00~1.20がさらに好ましい。
The number-average molecular weight and weight-average molecular weight of the UCST polymer of the present invention can be measured by gel permeation chromatography (GPC). The number-average molecular weight is preferably 500 to 20,000 daltons (Da). If the number-average molecular weight is less than 500 daltons, the polymer may dissolve in water even at low temperatures. On the other hand, if the number-average molecular weight exceeds 20,000 daltons, the polymer may not dissolve in water even when heated. Furthermore, considering the phase separation property and whether the viscosity of the aqueous solution becomes too high, resulting in poor operability, the number-average molecular weight is preferably 800 to 13,000 daltons, and more preferably 1,000 to 5,000 daltons.
Furthermore, the narrower the molecular weight distribution, the better (sharper) the temperature responsiveness and phase separation properties become, so the smaller the value obtained by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight (Mw/Mn) the better. There is no problem if it is in the range of 1.00 to 2.00, but 1.00 to 1.50 is preferable, and 1.00 to 1.20 is more preferable.

また、GPCで測定された分子量が同じでも、中和度によってポリマーを含む水溶液の粘度は変化する。水溶液の粘度は低いほど好ましいが、本発明のポリマーは相互作用を有するポリマーであるため、ある程度の粘度の増加あるいは高粘度となることは避けられない。粘度は、ブルックフィールド型粘度計を用いて測定することができる。50重量%ポリマー水溶液粘度は、25℃で10mPa・s~10,000mPa・sであれば良いが、25℃で10mPa・s~10,000mPa・s、かつ40℃及び60℃で10mPa・s~5,000mPa・sであることが好ましく、25℃で100mPa・s~6,000mPa・s、且つ40℃及び60℃で30mPa・s~2,000mPa・sであることがさらに好ましい。 Furthermore, even if the molecular weight measured by GPC is the same, the viscosity of an aqueous solution containing the polymer varies depending on the degree of neutralization. While a lower viscosity of the aqueous solution is preferable, since the polymer of the present invention is an interactive polymer, a certain degree of viscosity increase or high viscosity is unavoidable. Viscosity can be measured using a Brookfield viscometer. The viscosity of a 50 wt% aqueous polymer solution may be 10 mPa·s to 10,000 mPa·s at 25°C, but is preferably 10 mPa·s to 10,000 mPa·s at 25°C and 10 mPa·s to 5,000 mPa·s at 40°C and 60°C, and more preferably 100 mPa·s to 6,000 mPa·s at 25°C and 30 mPa·s to 2,000 mPa·s at 40°C and 60°C.

上記したように、本発明のUCST性ポリマーは、共重合組成、分子量及び分子量分布によって相分離性が制御されるが、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液として利用を考慮すると、20重量%ポリマー水溶液のUCSTが50℃~100℃の範囲にあり、30重量%ポリマー水溶液のUCSTが40℃~90℃の範囲にあり、40重量%ポリマー水溶液のUCSTが30℃~70℃の範囲にあり、かつ50重量%ポリマー水溶液のUCSTが10℃~60℃の範囲にあるのが好ましい。この範囲を逸脱すると、40℃~60℃の実用的な温度域で効率良く淡水を得ることが難しくなることがある。
浸透圧発電については、原理的には淡水製造と同様である。例えば、淡水(低浸透圧)と、工場廃熱や太陽熱を利用して加熱された駆動溶液(高浸透圧)との浸透圧差によって発電し、希釈された駆動溶液を冷却、再利用するものである。
As described above, the phase separation property of the UCST polymer of the present invention is controlled by the copolymer composition, molecular weight, and molecular weight distribution, but in consideration of use as a driving solution in a forward osmosis membrane water treatment system or osmotic pressure power generation, it is preferable that the UCST of a 20 wt % aqueous polymer solution is in the range of 50° C. to 100° C., the UCST of a 30 wt % aqueous polymer solution is in the range of 40° C. to 90° C., the UCST of a 40 wt % aqueous polymer solution is in the range of 30° C. to 70° C., and the UCST of a 50 wt % aqueous polymer solution is in the range of 10° C. to 60° C. If the temperatures deviate from these ranges, it may be difficult to efficiently obtain fresh water in the practical temperature range of 40° C. to 60° C.
The principle of osmotic power generation is similar to that of freshwater production. For example, electricity is generated by the difference in osmotic pressure between freshwater (low osmotic pressure) and a working solution (high osmotic pressure) heated using factory waste heat or solar heat, and the diluted working solution is cooled and reused.

また本発明には、上記のUCST型の温度応答性を有するカルボン酸系ポリマーを1重量%~70重量%含む水溶液が含まれる。ポリマー濃度は1重量%~70重量%が好ましく、10重量%~70重量%がより好ましく、20重量%~50重量%がさらに好ましい。勿論、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液として、実際に循環させて吸水する際には、浸透圧の関係上、ポリマー濃度は20重量%~70重量%が好ましい。 The present invention also includes an aqueous solution containing 1% to 70% by weight of the above-mentioned UCST-type temperature-responsive carboxylic acid polymer. The polymer concentration is preferably 1% to 70% by weight, more preferably 10% to 70% by weight, and even more preferably 20% to 50% by weight. Of course, when actually circulating and absorbing water as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems or osmotic power generation, a polymer concentration of 20% to 70% by weight is preferred due to osmotic pressure.

UCST型の温度応答性を有するカルボン酸系ポリマーを含む水溶液の相分離温度は、特に制限はない。実際に正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電を実施する際の作業効率性や温度管理の観点からは10℃~100℃が好ましく、30℃~70℃がより好ましく、40℃~60℃がさらに好ましい。 There are no particular restrictions on the phase separation temperature of an aqueous solution containing a UCST-type temperature-responsive carboxylic acid polymer. From the perspective of operational efficiency and temperature control when actually implementing a forward osmosis membrane water treatment system or osmotic power generation, a temperature of 10°C to 100°C is preferred, 30°C to 70°C is more preferred, and 40°C to 60°C is even more preferred.

本実施形態の上限臨界溶液型の温度応答性を有するポリマーは、ラジカル重合やアニオン重合で共重合体を製造後、減圧蒸留、ポリマーのUCST性を利用した相分離や限外濾過などの方法により、未反応モノマー、開始剤及び分子量調節剤などに由来する低分子量成分を除去することにより製造できる。
アクリル酸やメタクリル酸などのカルボキシル基含有ビニルモノマーを用いる場合は、伝統的なラジカル重合やリビングラジカル重合が好ましい。アクリル酸エステルやメタクリル酸エステルを共重合後、加水分解してカルボキシル基を再生する場合は、ラジカル重合だけでなくアニオン重合も適用できる。ラジカル重合の中でも、狭分子量分布のポリマーが得られる観点から、原子移動重合、可逆的付加開裂移動重合、沃素移動重合、安定ニトロキシル媒介重合などのリビングラジカル重合法がより好ましく、公知の方法を適用できる(例えば、山子ら、日本ゴム協会誌、82巻、8号、363~369頁、2009年;上垣外ら、ネットワークポリマー、30巻、5号、234~249頁、2009年)。
The upper critical solution type temperature-responsive polymer of this embodiment can be produced by producing a copolymer by radical polymerization or anionic polymerization, and then removing low-molecular-weight components derived from unreacted monomers, initiators, molecular weight modifiers, etc. by a method such as vacuum distillation, phase separation utilizing the UCST property of the polymer, or ultrafiltration.
When using a carboxyl group-containing vinyl monomer such as acrylic acid or methacrylic acid, traditional radical polymerization or living radical polymerization is preferred. When copolymerizing an acrylic acid ester or a methacrylic acid ester and then hydrolyzing it to regenerate the carboxyl group, not only radical polymerization but also anionic polymerization can be applied. Among radical polymerizations, living radical polymerization methods such as atom transfer polymerization, reversible addition-fragmentation transfer polymerization, iodine transfer polymerization, and stable nitroxyl-mediated polymerization are more preferred from the viewpoint of obtaining polymers with narrow molecular weight distributions, and known methods can be applied (e.g., Yamako et al., Journal of the Society of Rubber Science and Technology of Japan, Vol. 82, No. 8, pp. 363-369, 2009; Uegai et al., Network Polymer, Vol. 30, No. 5, pp. 234-249, 2009).

上記したリビングラジカル重合法の内、いわゆるRAFT重合と呼ばれる可逆的付加開裂移動重合を例として詳しく説明する。
例えば、アクリル酸やメタクリル酸などのカルボキシル基含有ビニル性モノマー、スチレンやビニル安息香酸などの芳香族ビニルモノマー及び必要に応じてこれらと共重合可能なアクリルアミド等のモノマーを溶解したモノマー溶液、ラジカル重合開始剤及びジチオエステル化合物(可逆的付加開裂移動重合で用いられる所謂RAFT剤)などの重合制御剤を反応容器に仕込み、不活性ガス雰囲気下、40℃~100℃で5時間~48時間重合することにより、本発明のカルボン酸系ポリマーを得ることができる。
Among the above-mentioned living radical polymerization methods, reversible addition-fragmentation transfer polymerization, so-called RAFT polymerization, will be described in detail as an example.
For example, a monomer solution in which a carboxyl group-containing vinyl monomer such as acrylic acid or methacrylic acid, an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinylbenzoic acid, and, if necessary, a monomer copolymerizable with these monomers such as acrylamide are dissolved, a radical polymerization initiator, and a polymerization regulator such as a dithioester compound (a so-called RAFT agent used in reversible addition-fragmentation transfer polymerization) are charged into a reaction vessel, and polymerization is carried out in an inert gas atmosphere at 40°C to 100°C for 5 hours to 48 hours, thereby obtaining the carboxylic acid polymer of the present invention.

カルボキシル基含有ビニル性モノマー、芳香族ビニルモノマー及び必要に応じてこれらと共重合可能なアクリルアミド等のモノマーを溶解したモノマー溶液において、当該モノマー溶液中の全モノマーに対する芳香族ビニルモノマーの割合は5.00モル%~30.00モル%が好ましく、9.00モル%~20.00モル%がより好ましい。 In a monomer solution containing a carboxyl group-containing vinyl monomer, an aromatic vinyl monomer, and, if necessary, a monomer copolymerizable with these, such as acrylamide, the ratio of the aromatic vinyl monomer to the total monomers in the monomer solution is preferably 5.00 mol% to 30.00 mol%, and more preferably 9.00 mol% to 20.00 mol%.

RAFT剤の使用量は、目的とするポリマーの分子量により調整すれば良く、通常、全モノマーのモル数に対して0.01モル%~100.00モル%であればよいが、実用性を考慮すると、0.10モル%~30.00モル%が好ましく、0.50モル%~5.00モル%がより好ましい。
ラジカル重合開始剤の使用量は全モノマーのモル数に対して、通常0.01モル%~100.00モル%であればよいが、分子量制御性を考慮すると0.01モル%~20.00モル%が好ましく、0.10モル%~15.00モル%がより好ましい。
RAFT剤として、和光純薬工業株式会社、東京化成工業株式会社、Boron Molecular社などから販売されている公知の化合物が適用できる。例えば、4-シアノ-4-(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニルペンタン酸、3-((((1-カルボキシエチル)チオ)カーボノチオイル)チオ)プロパン酸、4-シアノ-4-(チオベンゾイルチオ)ペンタン酸、ベンゾジチオ酸2-シアノプロパン-2-イル、4-シアノ-4-[(チオベンゾイル)スルファニル]ペンタン酸、2-メチル-2-[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]プロパン酸、ベンジルジチオベンゾエート、2-シアノプロプ-2-イルジチオベンゾエート、S,S-ジベンジルトリチオカーボネート、シアノメチル(3,5-ジメチル-1H-ピラゾール)カルボジチオエート、N-メチル-N-フェニルジチオカルバミン酸シアノメチルなどのジチオエステル化合物であるRAFT剤を使用することが出来る。
これらの内、本発明のカルボン酸系ポリマーの相分離性の観点から、4-シアノ-4-(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニルペンタン酸、3-((((1-カルボキシエチル)チオ)カーボノチオイル)チオ)プロパン酸、4-シアノ-4-(チオベンゾイルチオ)ペンタン酸、ベンゾジチオ酸2-シアノプロパン-2-イル、4-シアノ-4-[(チオベンゾイル)スルファニル]ペンタン酸、2-メチル-2-[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]プロパン酸などのカルボキシル基を有するジチオエステル化合物であるRAFT剤が好ましい。
The amount of the RAFT agent used may be adjusted depending on the molecular weight of the target polymer, and is usually 0.01 mol % to 100.00 mol % relative to the number of moles of all monomers. However, in consideration of practicality, the amount is preferably 0.10 mol % to 30.00 mol %, and more preferably 0.50 mol % to 5.00 mol %.
The amount of radical polymerization initiator used may usually be 0.01 mol % to 100.00 mol % based on the number of moles of all monomers, but in consideration of molecular weight controllability, it is preferably 0.01 mol % to 20.00 mol %, more preferably 0.10 mol % to 15.00 mol %.
As the RAFT agent, known compounds commercially available from Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Boron Molecular, Inc., etc. can be used. For example, RAFT agents that can be used include dithioester compounds such as 4-cyano-4-(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanylpentanoic acid, 3-((((1-carboxyethyl)thio)carbonothioyl)thio)propanoic acid, 4-cyano-4-(thiobenzoylthio)pentanoic acid, 2-cyanopropan-2-yl benzodithioate, 4-cyano-4-[(thiobenzoyl)sulfanyl]pentanoic acid, 2-methyl-2-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanyl]propanoic acid, benzyl dithiobenzoate, 2-cyanoprop-2-yldithiobenzoate, S,S-dibenzyl trithiocarbonate, cyanomethyl(3,5-dimethyl-1H-pyrazole)carbodithioate, and cyanomethyl N-methyl-N-phenyldithiocarbamate.
Among these, from the viewpoint of the phase separation properties of the carboxylic acid polymer of the present invention, preferred RAFT agents are dithioester compounds having a carboxyl group, such as 4-cyano-4-(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanylpentanoic acid, 3-((((1-carboxyethyl)thio)carbonothioyl)thio)propanoic acid, 4-cyano-4-(thiobenzoylthio)pentanoic acid, 2-cyanopropan-2-yl benzodithioate, 4-cyano-4-[(thiobenzoyl)sulfanyl]pentanoic acid, and 2-methyl-2-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl)sulfanyl]propanoic acid.

上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジラウリルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)-シクロヘキサン、シクロヘキサノンパーオキサイド、t-ブチルパーオキシベンゾエート、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、クミルパーオキシオクトエート、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素などの過酸化物系化合物、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、1-[(1-シアノ-1-メチルエチル)アゾ]ホルムアミド、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリックアシッド)、2,2’-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン)、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[1,1’-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス{2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジサルフェートジハイドレート、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]}ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス(1-イミノ-1-ピロリジノ-2-メチルプロパン)ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]テトラハイドレート、1,1’-アゾビス(1-アセトキシ-1-フェニルメタン)、4,4’-ジアゼンジイルビス(4-シアノペンタン酸)・α-ヒドロ-ω-ヒドロキシポリ(オキシエチレン)重縮合物などのアゾ化合物、N-tert-ブチル-O-[1-[4-(クロロメチル)フェニル]エチル]-N-(2-メチル-1-フェニルプロピル)ヒドロキシルアミン、2,2,6,-テトラメチルピペリジン1-オキシル、N-tert-ブチル-N-(2-メチル-1-フェニルプロピル)-O-(1-フェニルエチル)ヒドロキシルアミンなどの安定ニトロキシルラジカル等があげられる。
これらの内でも、RAFT剤を用いる場合は、分子量制御性の観点から、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[1,1’-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス{2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジサルフェートジハイドレート、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]}ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]テトラハイドレート、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリックアシッド)等のアゾ系のラジカル重合開始剤が好ましく、相分離性の観点から、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[1,1’-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス{2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジサルフェートジハイドレート、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]}ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]テトラハイドレート、4,4’-アゾビス(4-シアノバレリックアシッド)など、親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤がより好ましく、さらに4,4’-アゾビス(4-シアノバレリックアシッド)などのカルボキシル基を含有する親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤がさらに好ましい。
Examples of the radical polymerization initiator include di-t-butyl peroxide, dicumyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, benzoyl peroxide, dilauryl peroxide, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, 1,1-bis(t-butylperoxy)-3,5,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis(t-butylperoxy)-cyclohexane, cyclohexanone peroxide, t-butylperoxybenzoate, t-butylperoxyisobutyrate, t-butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoate, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, and t-butylperoxyisopropyl. Peroxide compounds such as propyl carbonate, cumyl peroxyoctoate, potassium persulfate, ammonium persulfate, and hydrogen peroxide, 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(2-methylpropionitrile), 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile), 1,1'-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), 1-[(1-cyano-1-methylethyl)azo]formamide, dimethyl 2,2'-azobis(2-methylpropionate), 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), 2,2'-azobis(2,4,4-trimethyl pentane), 2,2'-azobis{2-methyl-N-[1,1'-bis(hydroxymethyl)-2-hydroxyethyl]propionamide}, 2,2'-azobis{2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride, 2,2'-azobis{2-(2-imidazolin-2-yl)propane]disulfate dihydrate, 2,2'-azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl)propane]}dihydrochloride, 2,2'-azobis(1-imino-1-pyrrolidino-2-methylpropane)dihydrochloride, 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride, 2,2'-azobis azo compounds such as bis[N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidine]tetrahydrate, 1,1'-azobis(1-acetoxy-1-phenylmethane), and 4,4'-diazenediylbis(4-cyanopentanoic acid)-α-hydro-ω-hydroxypoly(oxyethylene) polycondensate; and stable nitroxyl radicals such as N-tert-butyl-O-[1-[4-(chloromethyl)phenyl]ethyl]-N-(2-methyl-1-phenylpropyl)hydroxylamine, 2,2,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl, and N-tert-butyl-N-(2-methyl-1-phenylpropyl)-O-(1-phenylethyl)hydroxylamine.
Among these, when a RAFT agent is used, from the viewpoint of molecular weight controllability, 2,2'-azobis{2-methyl-N-[1,1'-bis(hydroxymethyl)-2-hydroxyethyl]propionamide}, 2,2'-azobis{2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride, 2,2'-azobis{2-(2-imidazolin-2-yl)propane]disulfate dihydrate, 2,2'-azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazoline-2 azo-based compounds such as 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2'-azobis[N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidine]tetrahydrate, 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(isobutyronitrile), and 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid); From the viewpoint of phase separation, 2,2'-azobis{2-methyl-N-[1,1'-bis(hydroxymethyl)-2-hydroxyethyl]propionamide}, 2,2'-azobis{2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride, 2,2'-azobis{2-(2-imidazolin-2-yl)propane]disulfate dihydrate, 2,2'-azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl)propane} [N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidine]} dihydrochloride, 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2'-azobis[N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidine] tetrahydrate, 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), and other hydrophilic azo radical polymerization initiators are more preferred, and hydrophilic azo radical polymerization initiators containing a carboxyl group, such as 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid), are even more preferred.

重合に用いる溶媒としては、上記モノマー混合物を均一に溶解できるものであれば特に制限はないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、メトキシエタノール、エトキシエタノール等のセロソルブ類、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミドなどの親水性溶媒、及びこれらと水の混合溶媒、あるいはベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタンなどの炭化水素系溶媒、クロロホルム、テトラクロロメタンなどのハロゲン系溶媒が挙げられる。これらの中でも、重合速度や重合開始剤及び連鎖移動剤の溶解性を考慮すると、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、及びこれらと水の混合溶媒である親水性溶媒が好ましい。 The solvent used for polymerization is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve the monomer mixture. Examples include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol; cellosolves such as methoxyethanol and ethoxyethanol; hydrophilic solvents such as acetonitrile, acetone, tetrahydrofuran, dioxane, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and dimethylacetamide; and mixtures of these with water; hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, cyclohexane, methylcyclohexane, and heptane; and halogenated solvents such as chloroform and tetrachloromethane. Among these, considering the polymerization rate and the solubility of the polymerization initiator and chain transfer agent, hydrophilic solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone, and mixtures of these with water are preferred.

重合速度や転化率を高めるためには、モノマー濃度は可能な限り高い方が好ましいが、分子量制御性を考慮すると5.0重量%~50.0重量%が好ましく、反応温度の制御を考慮すると5.0重量%~30.0重量%がより好ましく、9.0重量%~20.0重量%がさらに好ましい。 To increase the polymerization rate and conversion rate, it is preferable to have as high a monomer concentration as possible. However, taking into consideration molecular weight controllability, a concentration of 5.0% to 50.0% by weight is preferred. Taking into consideration reaction temperature control, a concentration of 5.0% to 30.0% by weight is more preferred, and 9.0% to 20.0% by weight is even more preferred.

重合溶液は未反応のモノマー、重合開始剤やRAFT剤由来の不純物、さらに目標分子量よりも低分子量のオリゴマーを含むことがあるため、ポリマーのUCST性を利用して精製することが好ましい。例えば、ポリマーを水に低濃度で加熱溶解した後、冷却して濃厚ポリマー水溶液と低分子量不純物を含む上澄み液に二層分離させて、濃厚ポリマー水溶液を回収する。この操作を繰り返すことにより、ポリマーの純度や分子量の単分散性を向上できる。あるいは限外濾過膜を用いてポリマー溶液中の不純物を除去することもできる。 Since the polymerization solution may contain unreacted monomers, impurities derived from the polymerization initiator and RAFT agent, and oligomers with a molecular weight lower than the target molecular weight, it is preferable to purify it by utilizing the UCST properties of the polymer. For example, the polymer is heated and dissolved in water at a low concentration, and then cooled to separate into two layers: a concentrated aqueous polymer solution and a supernatant containing low-molecular-weight impurities. The concentrated aqueous polymer solution is then recovered. Repeating this process can improve the purity of the polymer and the monodispersity of its molecular weight. Alternatively, impurities in the polymer solution can be removed using an ultrafiltration membrane.

本発明のカルボン酸系ポリマーの製造方法として、上記したRAFT重合に代表されるリビングラジカル重合の他に、伝統的なラジカル重合が適用できる。例えば、アクリル酸やメタクリル酸などのカルボキシル基含有ビニル性モノマー、スチレンやビニル安息香酸などの芳香族ビニルモノマー及び必要に応じてこれらと共重合可能なアクリルアミド等のモノマーを溶解したモノマー溶液、ラジカル重合開始剤、又はラジカル重合開始剤と連鎖移動剤(分子量調節剤とも言う)を反応容器に仕込み、不活性ガス雰囲気下、50℃~120℃で3時間~20時間重合する一括添加重合法、上記モノマーと分子量調節剤又はこれらの溶液、及び重合開始剤を反応容器へ連続的に供給しながら重合する逐次添加法が挙げられる。
これらの内、重合熱の除去性や分子量制御性が優れる点では逐次添加法が好ましい。また、逐次添加法の中でも、添加するモノマーの組成を連続的に変化させる、所謂、パワーフィード重合法が、共重合組成の均一性がより優れる点で好ましい。
In addition to living radical polymerization typified by the above-mentioned RAFT polymerization, traditional radical polymerization can also be applied to the production method of the carboxylic acid polymer of the present invention. Examples include a batch addition polymerization method in which a monomer solution containing a carboxyl group-containing vinyl monomer such as acrylic acid or methacrylic acid, an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinylbenzoic acid, and, if necessary, a monomer copolymerizable therewith, such as acrylamide, and a radical polymerization initiator, or a radical polymerization initiator and a chain transfer agent (also referred to as a molecular weight modifier), are charged into a reaction vessel and polymerized under an inert gas atmosphere at 50°C to 120°C for 3 to 20 hours; and a sequential addition method in which the monomer and molecular weight modifier or a solution thereof, and a polymerization initiator are continuously supplied to a reaction vessel while polymerization is carried out.
Among these, the sequential addition method is preferred in terms of excellent removal of polymerization heat and molecular weight controllability, and among the sequential addition methods, the so-called power feed polymerization method, in which the composition of the added monomers is continuously changed, is preferred in terms of excellent uniformity of the copolymer composition.

ここで使用されるラジカル重合開始剤は、上記したものと同じであるが、親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤が特に好ましい。ラジカル重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、アスコルビン酸、エリソルビン酸、アニリン、三級アミン、ロンガリット、ハイドロサルファイト、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウムなどの還元剤を併用しても良い。
ラジカル重合開始剤の使用量は、ラジカル開始剤の種類や重合法によるが、全モノマーに対し、通常0.01モル%~100.00モル%であればよいが、得られるポリマーの純度を考慮すると、0.01モル%~20.00モル%が好ましく、0.10モル%~15.00モル%がより好ましい。
The radical polymerization initiator used here is the same as that described above, but a hydrophilic azo radical polymerization initiator is particularly preferred. When a peroxide is used as the radical polymerization initiator, a reducing agent such as ascorbic acid, erythorbic acid, aniline, tertiary amine, Rongalite, hydrosulfite, sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, or sodium hypophosphite may be used in combination.
The amount of the radical polymerization initiator used depends on the type of radical initiator and the polymerization method, but is usually 0.01 mol % to 100.00 mol % based on the total monomers. However, taking into consideration the purity of the resulting polymer, the amount is preferably 0.01 mol % to 20.00 mol %, and more preferably 0.10 mol % to 15.00 mol %.

上記連鎖移動剤(分子量調節剤)は、特に限定されるものではないが、例えば、チオグリコール酸、チオリンゴ酸、2-メルカプトプロピオン酸、3-メルカプトプロピオン酸、チオサリチル酸、3-メルカプト安息香酸、4-メルカプト安息香酸、チオマロン酸、ジチオコハク酸、チオマレイン酸、チオマレイン酸無水物、ジチオマレイン酸、チオグルタール酸、システイン、ホモシステイン、5-メルカプトテトラゾール酢酸、3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸、3-メルカプトプロパン-1,2-ジオール、メルカプトエタノール、1 ,2-ジメチルメルカプトエタン、2-メルカプトエチルアミン塩酸塩、6-メルカプト-1-ヘキサノール、2-メルカプト-1-イミダゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、システイン、N-アシルシステイン、グルタチオン、N-ブチルアミノエタンチオール、N,N-ジエチルアミノエタンチオールなどのメルカプタン類、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド、ジエチルキサントゲンジスルフィド、ジエチルチウラムジスルフィド、2,2’-ジチオジプロピオン酸、3,3’-ジチオジプロピオン酸、4,4’-ジチオジブタン酸、2,2’-ジチオビス安息香酸などのジスルフィド類、ヨードホルムなどのハロゲン化炭化水素、α-ヨードベンジルシアニド、1-ヨードエチルベンゼン、エチル2-ヨード-2-フェニルアセテート、2-ヨード-2-フェニル酢酸、2-ヨードプロパン酸、2-ヨード酢酸などの沃化アルキル化合物、ジフェニルエチレン、p-クロロジフェニルエチレン、p-シアノジフェニルエチレン、α-メチルスチレンダイマー、有機テルル化合物、イオウなどが挙げられる。
これらの中で、チオグリコール酸、チオリンゴ酸、2-メルカプトプロピオン酸、3-メルカプトプロピオン酸、チオマロン酸、ジチオコハク酸、チオマレイン酸、チオマレイン酸無水物、ジチオマレイン酸、チオグルタール酸、システイン、ホモシステイン、5-メルカプトテトラゾール酢酸、3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸、3-メルカプトプロパン-1,2-ジオール、メルカプトエタノール、1 ,2-ジメチルメルカプトエタン、2-メルカプトエチルアミン塩酸塩、6-メルカプト-1-ヘキサノール、2-メルカプト-1-イミダゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、システイン、N-アシルシステイン、グルタチオン、N-ブチルアミノエタンチオール、N,N-ジエチルアミノエタンチオールなどの親水性の連鎖移動剤が好ましく、さらにチオグリコール酸、チオリンゴ酸、2-メルカプトプロピオン酸、3-メルカプトプロピオン酸、チオマロン酸、ジチオコハク酸、チオマレイン酸、チオマレイン酸無水物、ジチオマレイン酸、チオグルタール酸、システイン、ホモシステイン、5-メルカプトテトラゾール酢酸、3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸等のカルボキシル基を含有する親水性の連鎖移動剤が相分離性向上の観点でより好ましい。
The chain transfer agent (molecular weight regulator) is not particularly limited, and examples thereof include thioglycolic acid, thiomalic acid, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, thiosalicylic acid, 3-mercaptobenzoic acid, 4-mercaptobenzoic acid, thiomalonic acid, dithiosuccinic acid, thiomaleic acid, thiomaleic anhydride, dithiomaleic acid, thioglutaric acid, cysteine, homocysteine, 5-mercaptotetrazoleacetic acid, 3-mercapto-1-propanesulfonic acid, 3-mercaptopropane-1,2-diol, mercaptoethanol, 1-mercapto-2-methylpropanol ... mercaptans such as 2-dimethylmercaptoethane, 2-mercaptoethylamine hydrochloride, 6-mercapto-1-hexanol, 2-mercapto-1-imidazole, 3-mercapto-1,2,4-triazole, cysteine, N-acylcysteine, glutathione, N-butylaminoethanethiol, and N,N-diethylaminoethanethiol, diisopropyl xanthogen disulfide, diethyl xanthogen disulfide, diethylthiuram disulfide, 2,2'-dithiodipropionic acid, 3,3'-dithiodi Examples of the alkyl iodide include disulfides such as propionic acid, 4,4'-dithiodibutanoic acid, and 2,2'-dithiobisbenzoic acid; halogenated hydrocarbons such as iodoform; alkyl iodides such as α-iodobenzyl cyanide, 1-iodoethylbenzene, ethyl 2-iodo-2-phenylacetate, 2-iodo-2-phenylacetic acid, 2-iodopropanoic acid, and 2-iodoacetic acid; diphenylethylene, p-chlorodiphenylethylene, p-cyanodiphenylethylene, α-methylstyrene dimer, organic tellurium compounds, and sulfur.
Among these, thioglycolic acid, thiomalic acid, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, thiomalonic acid, dithiosuccinic acid, thiomaleic acid, thiomaleic anhydride, dithiomaleic acid, thioglutaric acid, cysteine, homocysteine, 5-mercaptotetrazoleacetic acid, 3-mercapto-1-propanesulfonic acid, 3-mercaptopropane-1,2-diol, mercaptoethanol, 1 Hydrophilic chain transfer agents such as 2-dimethylmercaptoethane, 2-mercaptoethylamine hydrochloride, 6-mercapto-1-hexanol, 2-mercapto-1-imidazole, 3-mercapto-1,2,4-triazole, cysteine, N-acylcysteine, glutathione, N-butylaminoethanethiol, and N,N-diethylaminoethanethiol are preferred, and hydrophilic chain transfer agents containing a carboxyl group such as thioglycolic acid, thiomalic acid, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, thiomalonic acid, dithiosuccinic acid, thiomaleic acid, thiomaleic anhydride, dithiomaleic acid, thioglutaric acid, cysteine, homocysteine, 5-mercaptotetrazoleacetic acid, and 3-mercapto-1-propanesulfonic acid are more preferred from the viewpoint of improving phase separation.

全モノマーに対する重合開始剤、RAFT剤及び連鎖移動剤の割合は、目標とするUCST挙動と低粘度を達成するために、重合開始剤、RAFT剤及び連鎖移動剤の割合の総和が0.90モル%~13.00モル%であることが好ましく、より低粘度を達成するためには、2.00モル%~13.00モル%がより好ましい。 The total proportion of polymerization initiator, RAFT agent, and chain transfer agent relative to all monomers is preferably 0.90 mol% to 13.00 mol% in order to achieve the target UCST behavior and low viscosity, and more preferably 2.00 mol% to 13.00 mol% in order to achieve an even lower viscosity.

重合溶媒は上記RAFT重合で記載した溶媒を用いることが出来る。 The polymerization solvent can be the same as that described above for RAFT polymerization.

また、上記した伝統的なラジカル重合で得られるポリマーは、上記RAFT重合で記載した方法で精製することが出来る。 In addition, the polymers obtained by the traditional radical polymerization described above can be purified using the methods described above for RAFT polymerization.

また、カルボン酸系ポリマーの別の製造方法として、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、マレイン酸エステルなど、カルボン酸エステル基含有ビニルモノマーと芳香族ビニルモノマーをラジカル共重合又はアニオン共重合した後、カルボン酸エステルを酸又は塩基で加水分解し、カルボキシル基を再生することが出来る。また、アクリル酸、メタクリル酸又はこれらのエステルとパラ-t-ブトキシスチレン、パラ-アセトキシスチレン、パラ-1-エトキシエトキシスチレン等の芳香族ビニルモノマーをラジカル又はアニオン共重合した後、塩酸、硫酸などの酸で加水分解することによりカルボキシル基やヒドロキシスチレン構造単位を再生することが出来る。アニオン共重合する場合は、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、ジオキサン及びこれらの混合溶媒など、活性水素を含まない溶媒を使用し、開始剤としては、アルキルリチウム、ナトリウムナフタレン、アルキルリチウム/ビス(2,6- ジ-t -ブチルフエノキシ)メチルアルミニウムなど、公知の化合物を使用すれば良い。重合開始剤は目標とするポリマー分子量に応じて調整する。重合温度は-30℃~40℃であり、副反応を抑制するためには、-30℃~10℃がより好ましい。 Another method for producing carboxylic acid polymers involves radical or anionic copolymerization of a vinyl monomer containing a carboxylic acid ester group, such as an acrylic ester, methacrylic ester, or maleic ester, with an aromatic vinyl monomer, followed by hydrolysis of the carboxylic acid ester with an acid or base to regenerate the carboxyl group. Alternatively, radical or anionic copolymerization of acrylic acid, methacrylic acid, or their esters with an aromatic vinyl monomer, such as para-t-butoxystyrene, para-acetoxystyrene, or para-1-ethoxyethoxystyrene, followed by hydrolysis with an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid can regenerate the carboxyl group and hydroxystyrene structural units. For anionic copolymerization, solvents containing no active hydrogen, such as toluene, xylene, hexane, cyclohexane, tetrahydrofuran, dioxane, or mixtures thereof, are used. Known initiators, such as alkyllithium, sodium naphthalene, and alkyllithium/bis(2,6-di-t-butylphenoxy)methylaluminum, can be used. The polymerization initiator is adjusted according to the target polymer molecular weight. The polymerization temperature is -30°C to 40°C, and -30°C to 10°C is more preferable to suppress side reactions.

ラジカル重合する場合は、上記したようにカルボキシル基を有する重合開始剤、分子量調節剤あるいは連鎖移動剤を用いるのが好ましいが、アニオン重合の場合も同様であり、炭酸ガスでポリマー成長末端を処理するなどの方法によってカルボキシル基を導入するのが相分離性の観点で好ましい。 When performing radical polymerization, it is preferable to use a polymerization initiator, molecular weight modifier, or chain transfer agent containing a carboxyl group, as described above. The same is true for anionic polymerization; from the standpoint of phase separation, it is preferable to introduce carboxyl groups by methods such as treating the polymer growing end with carbon dioxide gas.

ポリマーの分子量分布は狭いほど、低分子量不純物が少ないほど、温度応答性や相分離性が優れるため、上記した方法で精製すれば良い。 The narrower the molecular weight distribution of the polymer and the fewer low-molecular-weight impurities it contains, the better its temperature response and phase separation properties will be, so it is best to purify it using the method described above.

本発明のカルボン酸系ポリマーを正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液として利用する場合、界面活性剤や水溶性ポリマー等を添加することにより、運転条件に応じて駆動溶液の粘度やUCSTを調整することが出来る。 When the carboxylic acid polymer of the present invention is used as a driving solution for a forward osmosis membrane water treatment system or osmotic power generation system, the viscosity and UCST of the driving solution can be adjusted according to the operating conditions by adding a surfactant, water-soluble polymer, etc.

以下の実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何らの制限を受けるものではない。 The present invention will be explained in more detail using the following examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

本実施例で用いた分析機器及び測定方法を以下に列記する。
1.ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による重合転化率と分子量の測定
重合前後の反応溶液を下記溶離液に溶解し、下記条件でGPC測定を行った。
各モノマーを用いて作成した検量線から重合転化率を算出し、標準ポリスチレンスルホン酸ナトリウム又は標準ポリエチレンオキサイドを用いて作成した検量線からポリマーの分子量を算出した。
機種:東ソー株式会社製HLC-8320
カラム:TSKガードカラムAW-H/TSK AW-6000/TSK AW-3000/TSK AW-2500
溶離液:0.2M硫酸ナトリウム水溶液/アセトニトリル=65/35(体積比)溶液
流速:0.6ml/min、注入量:10μl、カラム温度:40℃
検出器:UV検出器(波長210nm)またはRI検出器
ポリマー検量線=標準ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(創和科学製)を用いて、ピークトップ分子量と溶出時間から作成した。ポリアンホライトの場合は標準ポリエチレンオキサイド(シグマアルドリッチ社製)を用いた。
The analytical instruments and measurement methods used in this example are listed below.
1. Measurement of polymerization conversion rate and molecular weight by gel permeation chromatography (GPC) The reaction solutions before and after polymerization were dissolved in the following eluents, and GPC measurement was carried out under the following conditions.
The polymerization conversion was calculated from a calibration curve prepared using each monomer, and the molecular weight of the polymer was calculated from a calibration curve prepared using standard polystyrene sodium sulfonate or standard polyethylene oxide.
Model: Tosoh Corporation HLC-8320
Column: TSK guard column AW-H/TSK AW-6000/TSK AW-3000/TSK AW-2500
Eluent: 0.2 M aqueous sodium sulfate solution/acetonitrile = 65/35 (volume ratio) Solution flow rate: 0.6 ml/min, injection volume: 10 μl, column temperature: 40°C
Detector: UV detector (wavelength 210 nm) or RI detector. Polymer calibration curve: Created from peak top molecular weight and elution time using standard polystyrene sodium sulfonate (manufactured by Sowa Scientific). For polyampholite, standard polyethylene oxide (manufactured by Sigma-Aldrich) was used.

2.ポリマーの13C-NMRによる構造解析
下記条件でポリマーの13C-NMR分析を行い、共重合組成と末端構造を確認した。
機種:Bruker AVANCE NEO 700
プローブ:10mmφPABBO BB
観測核:13C(176.07MHz)
溶媒:ジメチルスルホキシド-d6
濃度:約10%
積算回数:2048回
温度:室温
基準:テトラメチルシラン(TMS)
測定モード:逆ゲーテッドデカップリング(定量的な測定法)
2. Structural Analysis of Polymer by 13 C-NMR 13 C-NMR analysis of the polymer was carried out under the following conditions to confirm the copolymer composition and terminal structure.
Model: Bruker AVANCE NEO 700
Probe: 10mmφ PABBO BB
Observed nucleus: 13C (176.07MHz)
Solvent: dimethyl sulfoxide-d6
Concentration: about 10%
Number of times accumulated: 2048 Temperature: room temperature Reference: tetramethylsilane (TMS)
Measurement mode: Inverse gated decoupling (quantitative measurement method)

3.ポリマー水溶液のUCSTの測定
ガラスビンにポリマーとイオン交換を採取し、所定濃度のポリマー水溶液を調製した。内容物を磁気撹拌子で撹拌しながら、オイルバスで加熱した。加熱溶解して親水性となり透明な水溶液になった場合は、冷却して疎水性となり不透明な水溶液となった後、再加熱し、再び親水性となり透明な水溶液になった温度をUCSTとした。
3. Measurement of UCST of aqueous polymer solution Polymer and ion exchange were placed in a glass bottle to prepare an aqueous polymer solution of a predetermined concentration. The contents were heated in an oil bath while stirring with a magnetic stirrer. When the solution became hydrophilic and transparent due to heating and dissolution, it was cooled to become hydrophobic and opaque, and then reheated. The temperature at which the solution became hydrophilic again and transparent was taken as the UCST.

4.ポリマー水溶液の浸透圧測定
ポリマー水溶液の水分活性値から下記の換算式を用いて浸透圧(bar)へ換算した〔Divina D.;Separation and Purification Technology 138 (2014) 92-97参照〕。
水分活性は、水分活性測定装置(アイネクス株式会社製 AquaLab Series 4TDL)を用いて50℃で測定した。測定は3回行い、平均値を浸透圧の計算に用いた。尚、測定誤差を抑えるため、上記水分活性装置を50℃の恒温槽内に設置して測定した。
4. Measurement of osmotic pressure of aqueous polymer solution The water activity value of the aqueous polymer solution was converted to osmotic pressure (bar) using the following conversion formula [see Divina D.; Separation and Purification Technology 138 (2014) 92-97].
Water activity was measured at 50°C using a water activity measuring device (AquaLab Series 4TDL manufactured by Inex Co., Ltd.). Measurements were performed three times, and the average value was used to calculate the osmotic pressure. To minimize measurement errors, the water activity measuring device was placed in a thermostatic bath at 50°C.

5.ポリマー水溶液の粘度
ブルックフィールド粘度計LVDV2T(英弘精機株式会社製)を用い、所定温度で測定した。
5. Viscosity of Aqueous Polymer Solution: The viscosity was measured at a predetermined temperature using a Brookfield viscometer LVDV2T (manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.).

<使用試薬>
実施例に記載の化合物は下記を使用したが、本発明はこれらの実施例により何らの制限を受けるものではない。
AA:アクリル酸(純度99%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
MAA:メタクリル酸(純度99%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
St:スチレン(純度99%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
αMSt:α-メチルスチレン(純度99%、東京化成工業株式会社製)
4-VBA:4-ビニル安息香酸(純度97%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
AM:アクリルアミド(純度99%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
MAM:メタクリルアミド(純度97%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
NaSS:パラスチレンスルホン酸ナトリウム(純度98%、東京化成工業社製)
VBTAC:塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウム(純度99%、シグマアルドリッチ社製)
V-501:4,4’-アゾビス-(4-シアノペンタン酸)(純度98%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
AIBN:2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(純度98%、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル))
HP:過酸化水素水(純度30%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
TGL:3-メルカプト-1,2-プロパンジオール(純度97%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
TMA:チオリンゴ酸(純度98%、富士フイルム和光純薬株式会社製)
RAFT剤-1:3-((((1-カルボキシエチル)チオ)カルボノチオイル)チオ)プロパン酸(純度95%、シグマアルドリッチ社製)
<Reagents used>
The compounds described in the examples below were used, but the present invention is not limited to these examples in any way.
AA: acrylic acid (purity 99%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
MAA: methacrylic acid (purity 99%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
St: styrene (purity 99%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
αMSt: α-methylstyrene (purity 99%, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
4-VBA: 4-vinylbenzoic acid (purity 97%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
AM: Acrylamide (purity 99%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
MAM: methacrylamide (purity 97%, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
NaSS: sodium p-styrenesulfonate (purity 98%, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
VBTAC: vinylbenzyltrimethylammonium chloride (purity 99%, manufactured by Sigma-Aldrich)
V-501: 4,4'-azobis-(4-cyanopentanoic acid) (purity 98%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
AIBN: 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (purity 98%, 2,2'-azobis(isobutyronitrile))
HP: Hydrogen peroxide (30% purity, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
TGL: 3-mercapto-1,2-propanediol (purity 97%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
TMA: Thiomalic acid (purity 98%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
RAFT agent—1: 3-((((1-carboxyethyl)thio)carbonothioyl)thio)propanoic acid (purity 95%, Sigma-Aldrich)

以下に示す構造単位(A)、構造単位(B)及び構造単位(C)は、それぞれ上記した式(1)、式(2)および式(3)における構造単位を意味する。 The structural units (A), (B), and (C) shown below refer to the structural units in the above formulas (1), (2), and (3), respectively.

実施例1
<AA/St共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(41.60g,571.52mmol)、スチレン(St)(9.10g,86.46mmol)、RAFT剤-1(3.50g,13.07mmol)、開始剤V-501(0.30g,1.05mmol)、イソプロパノール(150.00g)とイオン交換水(150.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとStの合計に対するStの仕込み量=13.14モル%)。
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で撹拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=82%、St=100%、数平均分子量Mn=3300、重量平均分子量Mw=4700、Mw/Mn=1.42であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は15モル%である。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー44.26gを得た。
Example 1
<Synthesis of AA/St Copolymer>
A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser was charged with acrylic acid (AA) (41.60 g, 571.52 mmol), styrene (St) (9.10 g, 86.46 mmol), RAFT agent-1 (3.50 g, 13.07 mmol), initiator V-501 (0.30 g, 1.05 mmol), isopropanol (150.00 g), and ion-exchanged water (150.00 g) and dissolved therein to obtain a homogeneous solution (the amount of St charged relative to the total amount of AA and St=13.14 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction measured by GPC were AA = 82%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 3,300, weight average molecular weight Mw = 4,700, and Mw/Mn = 1.42. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 15 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 44.26 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表1に示した。強い静電相互作用を利用した比較例1のポリアンホライト、ポリマー中の構造単位(B)の含量が多い比較例3、ポリマーの分子量分布が広い比較例4、及びポリマーの分子量が大きい比較例5、及び重合開始剤を変更した比較例6~7と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さいことが明らかである。一方、疎水成分であるスチレンの含量が少なすぎる比較例2は、広い濃度範囲で水に溶解し、目標とするUCSTを示さなかった。
当該ポリマーの50重量%水溶液の粘度について、温度を変えて測定した結果を以下の表2に示した(No.3ローター、60rpm)。強い静電相互作用を利用した比較例1の比較例1のポリアンホライトと比べて著しく低粘度であることが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in aqueous solution and the UCST is shown in Table 1. It is clear that the UCST is lower and the slope of the phase separation curve is smaller than those of the polyampholite of Comparative Example 1, which utilizes strong electrostatic interactions; Comparative Example 3, which has a high content of structural unit (B) in the polymer; Comparative Example 4, which has a wide molecular weight distribution; Comparative Example 5, which has a high molecular weight; and Comparative Examples 6 and 7, which used a different polymerization initiator. On the other hand, Comparative Example 2, which had too little styrene, a hydrophobic component, dissolved in water over a wide concentration range and did not exhibit the target UCST.
The viscosity of a 50 wt % aqueous solution of the polymer was measured at various temperatures (No. 3 rotor, 60 rpm), and the results are shown in Table 2 below. It is clear that the viscosity of Comparative Example 1, which utilizes strong electrostatic interaction, is significantly lower than that of the polyampholite of Comparative Example 1.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例2
<AA/VBA共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(41.55g,570.84mmol)、4-ビニル安息香酸(VBA)(15.60g,105.08mmol)、RAFT剤-1(3.90g,14.57mmol)、開始剤V-501(0.60g,2.10mmol)、イソプロパノール(225.00g)とイオン交換水(225.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとVBAの合計に対するVBAの仕込み量=15.55モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で攪拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=87%、VBA=100%、数平均分子量Mn=3800、重量平均分子量Mw=5200、Mw/Mn=1.37であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とVBA(構造単位(B))の合計に対するVBA(構造単位(B))の含量は17モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー52.96gを得た。
Example 2
<Synthesis of AA/VBA copolymer>
Acrylic acid (AA) (41.55 g, 570.84 mmol), 4-vinylbenzoic acid (VBA) (15.60 g, 105.08 mmol), RAFT agent-1 (3.90 g, 14.57 mmol), initiator V-501 (0.60 g, 2.10 mmol), isopropanol (225.00 g), and ion-exchanged water (225.00 g) were charged into a 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser, and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of VBA charged relative to the total amount of AA and VBA = 15.55 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 87%, VBA = 100%, number average molecular weight Mn = 3,800, weight average molecular weight Mw = 5,200, and Mw/Mn = 1.37. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of VBA (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and VBA (structural unit (B)) contained in the polymer was 17 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 52.96 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表2に示した。後述する比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in aqueous solution and the UCST is shown in Table 2. It is clear that the UCST is lower, the slope of the phase separation curve is smaller, and the viscosity of a 50 wt % aqueous polymer solution is significantly lower than in Comparative Examples 1 and 2 to 8 described below.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例3
<AA/VBA共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(42.00g,577.02mmol)、4-ビニル安息香酸(VBA)(9.00g,60.62mmol)、RAFT剤-1(1.00g,3.74mmol)、開始剤V-501(0.60g,2.10mmol)、イソプロパノール(225.00g)とイオン交換水(225.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとVBAの合計に対するVBAの仕込み量=9.51モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で攪拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=91%、VBA=100%、数平均分子量Mn=12900、重量平均分子量Mw=20500、Mw/Mn=1.59であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とVBA(構造単位(B))の合計に対するVBA(構造単位(B))の含量は10モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー46.81gを得た。
Example 3
<Synthesis of AA/VBA copolymer>
Acrylic acid (AA) (42.00 g, 577.02 mmol), 4-vinylbenzoic acid (VBA) (9.00 g, 60.62 mmol), RAFT agent-1 (1.00 g, 3.74 mmol), initiator V-501 (0.60 g, 2.10 mmol), isopropanol (225.00 g), and ion-exchanged water (225.00 g) were charged into a 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser, and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of VBA charged relative to the total amount of AA and VBA = 9.51 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 91%, VBA = 100%, number average molecular weight Mn = 12,900, weight average molecular weight Mw = 20,500, and Mw/Mn = 1.59. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of VBA (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and VBA (structural unit (B)) contained in the polymer was 10 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 46.81 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表2に示した。比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in aqueous solution and the UCST is shown in Table 2. It is clear that compared with Comparative Examples 1 and 2 to 8, the UCST was lower, the slope of the phase separation curve was smaller, and furthermore the viscosity of a 50 wt % polymer aqueous solution was significantly lower.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例4
<AA/VBA共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(30.00g,412.16mmol)、4-ビニル安息香酸(VBA)(15.00g,101.04mmol)、RAFT剤-1(5.00g,18.68mmol)、開始剤V-501(1.00g,2.10mmol)、イソプロパノール(150.00g)とイオン交換水(150.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとVBAの合計に対するVBAの仕込み量=19.69モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で攪拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=72%、VBA=100%、数平均分子量Mn=2500、重量平均分子量Mw=4300、Mw/Mn=1.72であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とVBA(構造単位(B))の合計に対するVBA(構造単位(B))の含量は25モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー39.25gを得た。
Example 4
<Synthesis of AA/VBA copolymer>
Acrylic acid (AA) (30.00 g, 412.16 mmol), 4-vinylbenzoic acid (VBA) (15.00 g, 101.04 mmol), RAFT agent-1 (5.00 g, 18.68 mmol), initiator V-501 (1.00 g, 2.10 mmol), isopropanol (150.00 g), and ion-exchanged water (150.00 g) were charged into a 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser, and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of VBA charged relative to the total amount of AA and VBA=19.69 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 72%, VBA = 100%, number average molecular weight Mn = 2500, weight average molecular weight Mw = 4300, and Mw/Mn = 1.72. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of VBA (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and VBA (structural unit (B)) contained in the polymer was 25 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 39.25 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表2に示した。比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in aqueous solution and the UCST is shown in Table 2. It is clear that compared with Comparative Examples 1 and 2 to 8, the UCST was lower, the slope of the phase separation curve was smaller, and furthermore the viscosity of a 50 wt % polymer aqueous solution was significantly lower.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例5
<AA/AM/VBA共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(40.00g,549.54mmol)、4-ビニル安息香酸(VBA)(7.00g,66.51mmol)、アクリルアミド(AM)(2.00g、27.86mmol、)RAFT剤-1(3.30g,12.33mmol)、開始剤V-501(0.30g,1.05mmol)、イソプロパノール(150.00g)とイオン交換水(150.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとVBAの合計に対するVBAの仕込み量=10.80モル%、全モノマーの合計に対するAMの仕込み量=4.33モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で攪拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=81%、AM=83%、VBA=100%、数平均分子量Mn=3800、重量平均分子量Mw=5400、Mw/Mn=1.42であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とVBA(構造単位(B))の合計に対するVBA(構造単位(B))の含量は13モル%であり、構造単位(A)~Cの合計に対するAM(構造単位(C))の含量は4モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー44.42gを得た。
Example 5
<Synthesis of AA/AM/VBA Copolymer>
A 1000 mL four-neck glass flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser was charged with acrylic acid (AA) (40.00 g, 549.54 mmol), 4-vinylbenzoic acid (VBA) (7.00 g, 66.51 mmol), acrylamide (AM) (2.00 g, 27.86 mmol), RAFT agent-1 (3.30 g, 12.33 mmol), initiator V-501 (0.30 g, 1.05 mmol), isopropanol (150.00 g), and ion-exchanged water (150.00 g) and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of VBA charged relative to the total of AA and VBA=10.80 mol %, the amount of AM charged relative to the total of all monomers=4.33 mol %).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 81%, AM = 83%, VBA = 100%, number average molecular weight Mn = 3,800, weight average molecular weight Mw = 5,400, and Mw/Mn = 1.42. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of VBA (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and VBA (structural unit (B)) contained in the polymer was 13 mol%, and the content of AM (structural unit (C)) relative to the total of structural units (A) to C) was 4 mol%. The polymerization solution was vacuum-dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 44.42 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表2に示した。比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーの50重量%水溶液の粘度について、温度を変えて測定した結果を表1に示した(No.3ローター、60rpm)。比較例1のポリアンホライトと比べて著しく低粘度であることが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in aqueous solution and the UCST is shown in Table 2. It is clear that compared with Comparative Examples 1 and 2 to 8, the UCST was lower, the slope of the phase separation curve was smaller, and furthermore the viscosity of a 50 wt % polymer aqueous solution was significantly lower.
The viscosity of a 50% by weight aqueous solution of the polymer was measured at various temperatures (No. 3 rotor, 60 rpm), and the results are shown in Table 1. It is clear that the viscosity is significantly lower than that of the polyampholite of Comparative Example 1.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例6
<AA/St共重合体の合成>
アクリル酸(AA)(43.71g,600.51mmol)、スチレン(St)(7.06g,67.08mmol)及び1-プロパノール(217.00g)からなるモノマー溶液、及び開始剤V-501(17.97g,62.85mmol)、1-プロパノール(285.35g)とイオン交換水(111.82g)からなる開始剤溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した。窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器、磁気撹拌子を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコを96℃のオイルバスに浸漬し、ここへ上記モノマー溶液と開始剤溶液を4.5時間掛けて滴下し、さらに1時間加熱を続けて重合した(AAとStの合計に対するStの仕込み量=10.05モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=96%、St=100%、数平均分子量Mn=1800、重量平均分子量Mw=3100、Mw/Mn=1.72であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は10モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー45.04gを得た。
Example 6
<Synthesis of AA/St Copolymer>
A monomer solution consisting of acrylic acid (AA) (43.71 g, 600.51 mmol), styrene (St) (7.06 g, 67.08 mmol), and 1-propanol (217.00 g), and an initiator solution consisting of initiator V-501 (17.97 g, 62.85 mmol), 1-propanol (285.35 g), and ion-exchanged water (111.82 g) were thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen. A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, a Dimroth condenser, and a magnetic stirrer was immersed in a 96 °C oil bath, and the monomer solution and initiator solution were added dropwise over 4.5 hours, followed by further heating for 1 hour to polymerize (the amount of St charged relative to the total of AA and St = 10.05 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 96%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 1,800, weight average molecular weight Mw = 3,100, and Mw/Mn = 1.72. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 10 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 45.04 g of a powdery polymer.

<共重合体の精製>
ガラス瓶に上記粉末状ポリマー全量とイオン交換水を加えて20重量%水溶液とし、85℃で加熱溶解後、25℃まで冷却し、一晩静置した。上澄み液を廃棄し、下層の濃厚溶液を回収した。秤量瓶に濃厚溶液を約1g精秤し、85℃で7時間真空乾燥した結果、固形分は53重量%であり、ポリマーの回収率は約80重量%だった。
<Purification of copolymer>
The entire amount of the powdered polymer was added to a glass bottle with ion-exchanged water to prepare a 20 wt% aqueous solution, which was then heated and dissolved at 85°C, cooled to 25°C, and allowed to stand overnight. The supernatant was discarded, and the concentrated solution in the lower layer was recovered. Approximately 1 g of the concentrated solution was accurately weighed into a weighing bottle and vacuum-dried at 85°C for 7 hours. As a result, the solid content was 53 wt% and the polymer recovery rate was approximately 80 wt%.

<共重合体の13C-NMR構造解析>
上記一回精製したポリマーの13C-NMRスペクトルを測定し(図3、図4および図5)、シミュレーション(シミュレーションソフトウェア:ACD/C+H NMR Predictiors)に基づき各ピークを以下の表1に示す通り、帰属した。
< 13C -NMR structural analysis of copolymer>
The 13 C-NMR spectrum of the above-mentioned once-purified polymer was measured (FIGS. 3, 4 and 5), and each peak was assigned as shown in Table 1 below based on simulation (simulation software: ACD/C+H NMR Predictors).

アクリル酸構造単位の炭素1個当たりの積分値は、
G-(B+D)/2-(A+C)/2=92.74
であり、スチレン構造単位の炭素1個当たりの積分値は、(E+F)/6=12.02であることから、アクリル酸構造単位とスチレン構造単位のモル比は89:11mol%となり、GPC転化率から求めた組成比とほぼ一致した。
また、重合開始剤V-501に由来するメチル基及びシアノ基由来の2種類のピークの内、プロードなピークを、ポリマー末端に結合した、下式(5)で表される開始剤切片(分子量126.13)に由来するものと推定した。よって、アクリル酸構造単位、スチレン構造単位、ポリマー末端に結合した開始剤切片のモル比は、92.74:12.02:5.53=16.8:2.2:1である。ポリマー組成と分子量だけでなく、ポリマー末端に結合したカルボキシル基の効果によって、目的とするUCST挙動が発現したと考えられる。
The integral per carbon of the acrylic acid structural unit is
G-(B+D)/2-(A+C)/2=92.74
The integral value per carbon atom of the styrene structural unit was (E+F)/6=12.02, and therefore the molar ratio of the acrylic acid structural unit to the styrene structural unit was 89:11 mol%, which was almost consistent with the composition ratio calculated from the GPC conversion rate.
Furthermore, of the two peaks derived from the methyl group and cyano group originating from the polymerization initiator V-501, the broad peak was presumed to be derived from the initiator segment (molecular weight 126.13) attached to the polymer end, as expressed by the following formula (5). Therefore, the molar ratio of acrylic acid structural units, styrene structural units, and initiator segments attached to the polymer end was 92.74:12.02:5.53=16.8:2.2:1. It is believed that the desired UCST behavior was manifested not only by the polymer composition and molecular weight, but also by the effect of the carboxyl group attached to the polymer end.

尚、表3中のエステル構造由来のピークは、原料に含まれない筈のものであり、ピーク発現の理由は不明である。また、開始剤残渣とは、ポリマー末端に結合しなかった分解物由来である。 The peaks derived from the ester structure in Table 3 should not be present in the raw material, and the reason for their appearance is unknown. Furthermore, the initiator residues are derived from decomposition products that did not bond to the polymer ends.

<共重合体の物性>
上記1回精製したポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表1に示した。比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the aqueous solution of the polymer purified once and the UCST is shown in Table 1. It is clear that compared with Comparative Examples 1 and 2 to 8, the UCST is lower, the slope of the phase separation curve is smaller, and the viscosity of a 50 wt % aqueous polymer solution is significantly lower.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例7
<AA/St共重合体の合成>
アクリル酸(AA)(40.00g,549.54mmol)、スチレン(St)(8.70g,82.66mmol)及び1-プロパノール(230.00g)からなるモノマー溶液、及び開始剤V-50(5.00g,18.07mmol)、チオリンゴ酸(4.50g、29.37mmol)及びイオン交換水(100.00g)からなる開始剤溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した。窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器、磁気撹拌子を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコを96℃のオイルバスに浸漬し、ここへ上記モノマー溶液と開始剤溶液を5時間掛けて滴下し、さらに1時間加熱を続けて重合した(AAとStの合計に対するStの仕込み量=13.07モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=97%、St=100%、数平均分子量Mn=2700、重量平均分子量Mw=4800、Mw/Mn=1.78であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は13モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー45.01gを得た。
Example 7
<Synthesis of AA/St Copolymer>
A monomer solution consisting of acrylic acid (AA) (40.00 g, 549.54 mmol), styrene (St) (8.70 g, 82.66 mmol), and 1-propanol (230.00 g), and an initiator solution consisting of initiator V-50 (5.00 g, 18.07 mmol), thiomalic acid (4.50 g, 29.37 mmol), and ion-exchanged water (100.00 g), were thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen. A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, a Dimroth condenser, and a magnetic stirrer was immersed in an oil bath at 96 ° C., and the monomer solution and initiator solution were added dropwise over 5 hours, followed by further heating for 1 hour to polymerize (the amount of St charged relative to the total of AA and St = 13.07 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 97%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 2700, weight average molecular weight Mw = 4800, and Mw/Mn = 1.78. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 13 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 45.01 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表2に示した。比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーの50重量%水溶液の粘度について、温度を変えて測定した結果を表1に示した(No.3ローター、60rpm)。実施例1、2及び5と比べて粘度は高いが、比較例1のポリアンホライトと比べて著しく低粘度であることが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in aqueous solution and the UCST is shown in Table 2. It is clear that compared with Comparative Examples 1 and 2 to 8, the UCST was lower, the slope of the phase separation curve was smaller, and furthermore the viscosity of a 50 wt % polymer aqueous solution was significantly lower.
The viscosity of a 50 wt % aqueous solution of the polymer was measured at various temperatures (No. 3 rotor, 60 rpm), and the results are shown in Table 1. It is clear that the viscosity is higher than in Examples 1, 2, and 5, but is significantly lower than that of the polyampholite of Comparative Example 1.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

実施例8
<MAA/St共重合体の合成-1>
メタクリル酸(MAA)(52.20g,600.49mmol)、スチレン(St)(7.00g,66.51mmol)及び1-プロパノール(200.00g)からなるモノマー溶液、及び開始剤V-50(23.00g,83.12mmol)、1-プロパノール(350.00g)及びイオン交換水(135.00g)からなる開始剤溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した。窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器、磁気撹拌子を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコを96℃のオイルバスに浸漬し、ここへ上記モノマー溶液と開始剤溶液を6時間掛けて滴下し、さらに1時間加熱を続けて重合した(MAAとStの合計に対するStの仕込み量=9.97モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、MAA=92%、St=100%、数平均分子量Mn=1900、重量平均分子量Mw=2400、Mw/Mn=1.26であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるMAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は11モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー55.01gを得た。
Example 8
<Synthesis of MAA/St Copolymer-1>
A monomer solution consisting of methacrylic acid (MAA) (52.20 g, 600.49 mmol), styrene (St) (7.00 g, 66.51 mmol), and 1-propanol (200.00 g), and an initiator solution consisting of initiator V-50 (23.00 g, 83.12 mmol), 1-propanol (350.00 g), and ion-exchanged water (135.00 g) were thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen. A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, a Dimroth condenser, and a magnetic stirrer was immersed in an oil bath at 96 °C, and the monomer solution and initiator solution were added dropwise over 6 hours, followed by further heating for 1 hour to polymerize (the amount of St charged relative to the total of MAA and St = 9.97 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were MAA = 92%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 1900, weight average molecular weight Mw = 2400, and Mw/Mn = 1.26. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of MAA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 11 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 55.01 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの水溶液濃度とUCSTの関係を表2に示した。実施例1~7のアクリル酸系と比べてUCST及び水溶液粘度は高いが、比較例1及び2~8と比べてUCSTが低く、相分離曲線の傾斜が小さく、さらに50重量%ポリマー水溶液の粘度が著しく低いことが明らかである。
当該ポリマーは弱電解質型であり、従来の強電解質型のポリアンホライト(比較例1)と比べて浸透圧は低いと予想されるが、極めて低粘度(濃度分極が起こり難いと予想)であるため、正浸透膜水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。
<Physical properties of copolymer>
The relationship between the concentration of the polymer in an aqueous solution and the UCST is shown in Table 2. Compared with the acrylic acid-based solutions of Examples 1 to 7, the UCST and viscosity of the aqueous solution were higher, but compared with Comparative Examples 1 and 2 to 8, the UCST was lower, the slope of the phase separation curve was smaller, and furthermore, it is clear that the viscosity of a 50 wt% aqueous polymer solution was significantly lower.
This polymer is a weak electrolyte and is expected to have a lower osmotic pressure than the conventional strong electrolyte polyampholite (Comparative Example 1). However, because it has an extremely low viscosity (concentration polarization is expected to be less likely to occur), it is expected to be used as a driving solution for forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic pressure power generation.

比較例1
<NaSS/VBTAC共重合体-の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにイオン交換水55.00gを仕込んだ。ここへ、4-ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC)(54.98g、254.48mmol)、スチレンスルホン酸ナトリウム(NaSS)(59.17g,254.82mmol)、チオグリセロール(TGL)(1.54g,13.95mmol)及び水溶性アゾ開始剤V-50(6.80g、24.57mmol)をイオン交換551.30gに溶解し、アスピレーター吸引と窒素導入を繰返して脱気したモノマー溶液を3時間掛けて滴下しながら85℃で加熱重合し、さらに85℃で2時間熟成した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、VBTAC=100%、NaSS=100%、数平均分子量Mn=860、重量平均分子量Mw=2200、Mw/Mn=2.56であった。重合溶液をロータリーエバポレータで濃縮し、ポリマーの物性を確認した。
Comparative Example 1
<Synthesis of NaSS/VBTAC Copolymer>
A 1000 mL four-neck glass flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser was charged with 55.00 g of ion-exchanged water. 4-Vinylbenzyltrimethylammonium chloride (VBTAC) (54.98 g, 254.48 mmol), sodium styrenesulfonate (NaSS) (59.17 g, 254.82 mmol), thioglycerol (TGL) (1.54 g, 13.95 mmol), and water-soluble azo initiator V-50 (6.80 g, 24.57 mmol) were dissolved in 551.30 g of ion-exchanged water. The monomer solution was degassed by repeatedly aspirating and introducing nitrogen. The solution was added dropwise over 3 hours while being heated and polymerized at 85°C, followed by further aging at 85°C for 2 hours.
The polymerization conversion at the end of the reaction measured by GPC was VBTAC = 100%, NaSS = 100%, number average molecular weight Mn = 860, weight average molecular weight Mw = 2200, Mw/Mn = 2.56. The polymerization solution was concentrated using a rotary evaporator, and the physical properties of the polymer were confirmed.

<共重合体の物性>
当該ポリマーの50重量%水溶液の粘度について、温度を変えて測定した結果を表1に示した(No.4ローター、30rpm)。低分子量であり、且つ対イオンとしてNaClを含むにも関わらず、実施例と比べて著しく高粘度であることが明らかである。当該ポリマーは、ポリマー中のアニオン及びカチオンと当量のNaClを含むが、溶解/相分離の操作によってNaClを除去すれば、NaClによる電荷の遮蔽効果がなくなり、ポリマー間の静電相互作用が増大するため、溶液粘度はさらに高くなると考えられる。
当該ポリマーは確かにUCSTを示すが、NaClを含むため、そのまま正浸透膜水処理システムの駆動剤として使用すると、少なくとも初回は淡水ではなく、ポリマー由来のNaClを含む水が得られる。そこで、当該ポリマーの50重量%水溶液に同体積のイオン交換水を加えて、85℃で攪拌、加熱後、静置して相分離させた後、NaClを含む上澄みを廃棄した。残った濃厚層と同体積のイオン交換水を加えて、再度、85℃で攪拌、加熱後、静置して相分離させた後、上澄みを廃棄した。この精製操作を合計4回繰り返した後、当該ポリマーのUCSTを確認し、表3に示した。実施例と比べてUCSTが高く、相分離曲線の傾斜が大きいことが明らかである。
<Physical properties of copolymer>
The viscosity of a 50 wt % aqueous solution of this polymer was measured at various temperatures, and the results are shown in Table 1 (No. 4 rotor, 30 rpm). It is clear that, despite its low molecular weight and the inclusion of NaCl as a counter ion, it had a significantly higher viscosity than the Examples. This polymer contains NaCl in amounts equivalent to the anions and cations in the polymer. However, if the NaCl is removed by dissolution/phase separation, the charge shielding effect of NaCl disappears, and the electrostatic interaction between the polymers increases, presumably resulting in a further increase in the solution viscosity.
Although the polymer does indeed exhibit a UCST, because it contains NaCl, using it as is as a driving agent in a forward osmosis membrane water treatment system will result in water containing polymer-derived NaCl, rather than fresh water, at least initially. Therefore, an equal volume of ion-exchanged water was added to a 50 wt% aqueous solution of the polymer, and the mixture was stirred and heated at 85°C. The mixture was then allowed to stand to allow phase separation, and the supernatant containing NaCl was discarded. An equal volume of ion-exchanged water to the remaining concentrated layer was added, and the mixture was again stirred and heated at 85°C. The mixture was then allowed to stand to allow phase separation, and the supernatant was discarded. This purification procedure was repeated a total of four times, after which the UCST of the polymer was confirmed and the results are shown in Table 3. It is clear that the UCST was higher and the slope of the phase separation curve was steeper than in the Examples.

比較例2
<AA/St共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(48.00g,659.45mmol)、スチレン(St)(3.00g,28.50mmol)、RAFT剤-1(3.20g,11.95mmol)、開始剤AIBN(0.20g,1.19mmol)、イソプロパノール(150.00g)とイオン交換水(150.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとStの合計に対するStの仕込み量=4.14モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で撹拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=93%、St=100%、数平均分子量Mn=4200、重量平均分子量Mw=6200、Mw/Mn=1.48であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は4モル%である。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー46.46gを得た。
Comparative Example 2
<Synthesis of AA/St Copolymer>
Acrylic acid (AA) (48.00 g, 659.45 mmol), styrene (St) (3.00 g, 28.50 mmol), RAFT agent-1 (3.20 g, 11.95 mmol), initiator AIBN (0.20 g, 1.19 mmol), isopropanol (150.00 g), and ion-exchanged water (150.00 g) were charged into a 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser, and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of St charged relative to the total amount of AA and St=4.14 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction measured by GPC were AA = 93%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 4200, weight average molecular weight Mw = 6200, and Mw/Mn = 1.48. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 4 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 46.46 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーの30重量%~50重量%水溶液は、常温では何れも均一溶液となり、常温以上にUCSTは観測されなかった。実施例と比べてポリマー中の構造単位(B)が少なく(表1)、疎水相互作用が弱すぎたためである。
比較例3
<AA/VBA共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(12.00g,164.86mmol)、4-ビニル安息香酸(VBA)(15.00g,101.04mmol)、RAFT剤-1(1.50g,5.60mmol)、開始剤V-501(0.15g,0.52mmol)、イソプロパノール(150.00g)とイオン交換水(150.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとVBAの合計に対するVBAの仕込み量=38.00モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で攪拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=71%、VBA=100%、数平均分子量Mn=4800、重量平均分子量Mw=7500、Mw/Mn=1.56であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とVBA(構造単位(B))の合計に対するVBA(構造単位(B))の含量は46モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー24.98gを得た。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, all of the 30 wt % to 50 wt % aqueous solutions of the polymer became homogeneous solutions at room temperature, and UCST was not observed above room temperature. This is because the structural unit (B) in the polymer was less than in the Examples (Table 1), and the hydrophobic interaction was too weak.
Comparative Example 3
<Synthesis of AA/VBA copolymer>
A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser was charged with acrylic acid (AA) (12.00 g, 164.86 mmol), 4-vinylbenzoic acid (VBA) (15.00 g, 101.04 mmol), RAFT agent-1 (1.50 g, 5.60 mmol), initiator V-501 (0.15 g, 0.52 mmol), isopropanol (150.00 g), and ion-exchanged water (150.00 g) and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of VBA charged relative to the total amount of AA and VBA = 38.00 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 71%, VBA = 100%, number average molecular weight Mn = 4,800, weight average molecular weight Mw = 7,500, and Mw/Mn = 1.56. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of VBA (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and VBA (structural unit (B)) contained in the polymer was 46 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 24.98 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーは温度応答性を示したが、実施例と比較してUCSTが高過ぎることが明らかである。ポリマー中の構造単位(B)が多く、疎水相互作用が強過ぎたためである。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, the polymer exhibited temperature responsiveness, but the UCST was clearly too high compared to the examples. This was because the polymer contained a large amount of structural unit (B), resulting in too strong hydrophobic interactions.

比較例4
<AA/VBA共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコにアクリル酸(AA)(41.55g,570.84mmol)、4-ビニル安息香酸(VBA)(15.60g,105.08mmol)、RAFT剤-1(0.70g,2.61mmol)、開始剤V-501(0.60g,0.2.10mmol)、イソプロパノール(225.00g)とイオン交換水(225.00g)を仕込んで溶解し、均一溶液とした(AAとVBAの合計に対するVBAの仕込み量=15.55モル%)
この溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した後、窒素雰囲気下、磁気撹拌子で攪拌しながら70℃で20時間重合した。
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=89%、VBA=100%、数平均分子量Mn=20800、重量平均分子量Mw=33100、Mw/Mn=1.59であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とVBA(構造単位(B))の合計に対するVBA(構造単位(B))の含量は17モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー52.98gを得た。
Comparative Example 4
<Synthesis of AA/VBA copolymer>
Acrylic acid (AA) (41.55 g, 570.84 mmol), 4-vinylbenzoic acid (VBA) (15.60 g, 105.08 mmol), RAFT agent-1 (0.70 g, 2.61 mmol), initiator V-501 (0.60 g, 0.2.10 mmol), isopropanol (225.00 g), and ion-exchanged water (225.00 g) were charged into a 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser, and dissolved therein to prepare a homogeneous solution (the amount of VBA charged relative to the total amount of AA and VBA = 15.55 mol%).
This solution was thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen, and then polymerized at 70° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere while stirring with a magnetic stirrer.
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 89%, VBA = 100%, number average molecular weight Mn = 20,800, weight average molecular weight Mw = 33,100, and Mw/Mn = 1.59. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of VBA (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and VBA (structural unit (B)) contained in the polymer was 17 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 52.98 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーは温度応答性を示したが、実施例と比較してUCSTが高過ぎることが明らかである。ポリマー中の構造単位(B)が多く、疎水相互作用が強過ぎたためである。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, the polymer exhibited temperature responsiveness, but the UCST was clearly too high compared to the examples. This was because the polymer contained a large amount of structural unit (B), resulting in too strong hydrophobic interactions.

比較例5
<AA/St共重合体の合成>
窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器を取り付けた200mLガラス製四つ口フラスコに、上記した方法で予め脱気したアクリル酸(AA)(8.02g,110.18mmol)、スチレン(St)(1.74g,16.53mmol)、開始剤30%過酸化水素水(15.04g,132.67mmol)、1-プロパノール(30.36g)及びイオン交換水(29.71g)からなる水溶液を10時間掛けてゆっくり滴下しながら、97℃で20時間重合した(AAとStの合計に対するStの仕込み量=13.05モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=70%、St=100%、数平均分子量Mn=7000、重量平均分子量Mw=16300、Mw/Mn=2.33であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は18モル%である。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー7.26gを得た。
Comparative Example 5
<Synthesis of AA/St Copolymer>
An aqueous solution of acrylic acid (AA) (8.02 g, 110.18 mmol), styrene (St) (1.74 g, 16.53 mmol), 30% hydrogen peroxide solution (15.04 g, 132.67 mmol), 1-propanol (30.36 g), and ion-exchanged water (29.71 g), which had been degassed in advance by the method described above, was slowly added dropwise over 10 hours to a 200 mL four-neck glass flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, and a Dimroth condenser, while polymerization was carried out at 97°C for 20 hours (the amount of St charged relative to the total amount of AA and St=13.05 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 70%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 7000, weight average molecular weight Mw = 16300, and Mw/Mn = 2.33. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 18 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 7.26 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーの40重量%~50重量%水溶液は80℃に加熱しても溶解せず、UCSTを示さなかった。分子量分布が広いため、僅かに含まれる高分子量成分によってUCSTが引き上げられたと考えられる。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, a 40% to 50% by weight aqueous solution of the polymer did not dissolve and did not exhibit UCST even when heated to 80°C. It is believed that the UCST was increased by the small amount of high molecular weight components contained due to the broad molecular weight distribution.

比較例6
<AA/St共重合体の合成>
アクリル酸(AA)(41.50g,570.15mmol)、スチレン(St)(6.90g,65.56mmol)及び1-プロパノール(250.00g)からなるモノマー溶液、及び水溶性開始剤APS(16.50g,71.58mmol)及びイオン交換水(220.00g)からなる開始剤溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した。窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器、磁気撹拌子を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコを96℃のオイルバスに浸漬し、ここへ上記モノマー溶液と開始剤溶液を5時間掛けて滴下し、さらに1時間加熱を続けて重合した(AAとStの合計に対するStの仕込み量=10.31モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=100%、St=100%、数平均分子量Mn=1000、重量平均分子量Mw=1900、Mw/Mn=1.90であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は10モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー49.52gを得た
Comparative Example 6
<Synthesis of AA/St Copolymer>
A monomer solution consisting of acrylic acid (AA) (41.50 g, 570.15 mmol), styrene (St) (6.90 g, 65.56 mmol), and 1-propanol (250.00 g), and an initiator solution consisting of the water-soluble initiator APS (16.50 g, 71.58 mmol) and ion-exchanged water (220.00 g), were thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen. A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, a Dimroth condenser, and a magnetic stirrer was immersed in a 96 °C oil bath, and the monomer solution and initiator solution were added dropwise over 5 hours, followed by further heating for 1 hour to polymerize (the amount of St charged relative to the total of AA and St = 10.31 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction measured by GPC were AA = 100%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 1000, weight average molecular weight Mw = 1900, and Mw/Mn = 1.90. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 10 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, and 49.52 g of a powdery polymer was obtained.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーは分子量が小さく、且つ水溶性のラジカル重合開始剤を使用したにも関わらず、温度応答性が不明瞭で水に溶け難かった。理由は定かではないが、ポリマー末端構造の違い、即ち、ポリマー末端には開始剤由来の疎水基が導入されておりカルボキシル基を含まないことが示唆される。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, the polymer had a small molecular weight and was poorly soluble in water, despite the use of a water-soluble radical polymerization initiator. The reason for this is unclear, but it is suggested that this is due to differences in the polymer terminal structure, i.e., the polymer terminal has a hydrophobic group derived from the initiator introduced and does not contain a carboxyl group.

比較例7
<AA/St共重合体の合成>
アクリル酸(AA)(42.10g,578.39mmol)、スチレン(St)(6.80g,64.61mmol)及び1-プロパノール(220.00g)からなるモノマー溶液、及び油溶性開始剤V-65(20.00g,78.91mmol)及び1-プロパノール(220.00g)からなる開始剤溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した。窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器、磁気撹拌子を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコを96℃のオイルバスに浸漬し、ここへ上記モノマー溶液と開始剤溶液を5時間掛けて滴下し、さらに1時間加熱を続けて重合した(AAとStの合計に対するStの仕込み量=10.05モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=94%、St=100%、数平均分子量Mn=700、重量平均分子量Mw=1000、Mw/Mn=1.43であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は11モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー45.38gを得た
Comparative Example 7
<Synthesis of AA/St Copolymer>
A monomer solution consisting of acrylic acid (AA) (42.10 g, 578.39 mmol), styrene (St) (6.80 g, 64.61 mmol), and 1-propanol (220.00 g), and an initiator solution consisting of oil-soluble initiator V-65 (20.00 g, 78.91 mmol) and 1-propanol (220.00 g) were thoroughly degassed by repeatedly reducing the pressure with an aspirator and introducing nitrogen. A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, a Dimroth condenser, and a magnetic stirrer was immersed in a 96 °C oil bath, and the monomer solution and initiator solution were added dropwise over 5 hours, followed by further heating for 1 hour to polymerize (the amount of St charged relative to the total of AA and St = 10.05 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction measured by GPC were AA = 94%, St = 100%, number average molecular weight Mn = 700, weight average molecular weight Mw = 1000, and Mw/Mn = 1.43. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 11 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, and 45.38 g of a powdery polymer was obtained.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーは分子量が小さいにも関わらず、温度応答性が不明瞭で水に溶け難かった。理由は必ずしも定かではないが、ポリマー末端に開始剤由来の疎水基が導入されたため、即ちポリマー末端はカルボキシル基を含まないことが示唆される。
比較例8
<AA/St共重合体の合成>
アクリル酸(AA)(50.10g,688.30mmol)、スチレン(St)(11.00g,104.51mmol)及び1-プロパノール(220.00g)からなるモノマー溶液、及び油溶性開始剤V-65(10.00g,39.46mmol)、チオグリセロール(4.30g、38.96mmol)及び1-プロパノール(250.00g)からなる開始剤溶液をアスピレーター減圧と窒素導入を繰り返すことで十分に脱気した。窒素導入管、三方コック、ジムロート冷却器、磁気撹拌子を取り付けた1000mLガラス製四つ口フラスコを96℃のオイルバスに浸漬し、ここへ上記モノマー溶液と開始剤溶液を5時間掛けて滴下し、さらに1時間加熱を続けて重合した(AAとStの合計に対するStの仕込み量=13.18モル%)
GPCで測定した反応終了時の重合転化率は、AA=93%、St=96%、数平均分子量Mn=1400、重量平均分子量Mw=1500、Mw/Mn=1.07であった。即ち、各モノマーの重合転化率から、ポリマーに含まれるAA(構造単位(A))とSt(構造単位(B))の合計に対するSt(構造単位(B))の含量は14モル%であった。重合溶液を85℃で5時間真空乾燥することにより、溶媒と未反応モノマーを除去し、粉末状のポリマー58.05gを得た。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, the polymer had unclear temperature response and was poorly soluble in water, despite its small molecular weight. The reason for this is not entirely clear, but it is suggested that this is because a hydrophobic group derived from the initiator was introduced to the polymer terminal, i.e., the polymer terminal did not contain a carboxyl group.
Comparative Example 8
<Synthesis of AA/St Copolymer>
A monomer solution consisting of acrylic acid (AA) (50.10 g, 688.30 mmol), styrene (St) (11.00 g, 104.51 mmol), and 1-propanol (220.00 g), and an initiator solution consisting of oil-soluble initiator V-65 (10.00 g, 39.46 mmol), thioglycerol (4.30 g, 38.96 mmol), and 1-propanol (250.00 g), were thoroughly degassed by repeatedly aspirating and introducing nitrogen. A 1000 mL glass four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a three-way stopcock, a Dimroth condenser, and a magnetic stirrer was immersed in a 96 °C oil bath, and the monomer solution and initiator solution were added dropwise over 5 hours, followed by further heating for 1 hour to polymerize (the amount of St charged relative to the total of AA and St = 13.18 mol%).
The polymerization conversion rates at the end of the reaction, as measured by GPC, were AA = 93%, St = 96%, number average molecular weight Mn = 1,400, weight average molecular weight Mw = 1,500, and Mw/Mn = 1.07. That is, from the polymerization conversion rates of each monomer, the content of St (structural unit (B)) relative to the total of AA (structural unit (A)) and St (structural unit (B)) contained in the polymer was 14 mol%. The polymerization solution was vacuum dried at 85°C for 5 hours to remove the solvent and unreacted monomers, yielding 58.05 g of a powdery polymer.

<共重合体の物性>
表3に示した通り、当該ポリマーは分子量が小さいにも関わらず、温度応答性が不明瞭で水に溶け難かった。理由は必ずしも定かではないが、ポリマー末端の親水性が不足している、即ちポリマー末端はカルボキシル基を含まないことが示唆される。
<Physical properties of copolymer>
As shown in Table 3, the polymer had unclear temperature response and was poorly soluble in water, despite its small molecular weight. The reason for this is not entirely clear, but it is suggested that the polymer terminals lack hydrophilicity, i.e., the polymer terminals do not contain carboxyl groups.

本発明のカルボン酸系の上限臨界溶液温度(UCST)型ポリマーは、耐加水分解性に優れ、且つ低粘度のイオン性ポリマーであるため、正浸透膜法水処理システムや浸透圧発電の駆動溶液としての利用が期待できる。 The carboxylic acid-based upper critical solution temperature (UCST) polymer of the present invention is an ionic polymer with excellent hydrolysis resistance and low viscosity, and is therefore expected to be used as a driving solution in forward osmosis membrane water treatment systems and osmotic power generation systems.

Claims (18)

下記構造単位(A)及び(B)からなり、
構造単位(B)の含有量が構造単位(A)及び(B)の合計に対して5モル%~30モル%、
数平均分子量Mnが500ダルトン~20,000ダルトン(Da)及び
数平均分子量Mnと重量平均分子量Mwの比Mw/Mnが1.00~2.00のポリマーであ
前記ポリマーは水溶性及び上限臨界溶液温度(UCST)を有し、
前記ポリマーを含む50重量%水溶液の粘度が25℃で10mPa・s~10,000mPa・sであり、
UCST未満の温度で疎水性、UCST以上の温度で親水性を示す、
温度応答性のカルボン酸系ポリマー。
構造単位(A)は、下記一般式(1)
で表されるカルボキシル基含有ビニルモノマー由来の構造単位(式(1)中、Rは水素原子又はカルボキシル基を表し、Rは水素原子、メチル基、エチル基又はカルボキシメチル基を表し、Mはプロトン、アンモニウムカチオン又はアルカリ金属カチオンを表す。)であり、
構造単位(B)は、下記一般式(2)
で表される芳香族ビニルモノマー由来の構造単位(式(2)中、Rは水素原子、水酸基又はカルボキシル基を表す。)である。
It consists of the following structural units (A) and (B):
The content of the structural unit (B) is 5 mol % to 30 mol % based on the total of the structural units (A) and (B);
a polymer having a number average molecular weight Mn of 500 to 20,000 daltons (Da) and a ratio Mw/Mn of number average molecular weight Mn to weight average molecular weight Mw of 1.00 to 2.00;
the polymer is water soluble and has an upper critical solution temperature (UCST) ;
a viscosity of a 50 wt % aqueous solution containing the polymer is 10 mPa s to 10,000 mPa s at 25°C;
It is hydrophobic at temperatures below UCST and hydrophilic at temperatures above UCST.
Temperature-responsive carboxylic acid-based polymers.
The structural unit (A) is represented by the following general formula (1):
(In formula (1), R1 represents a hydrogen atom or a carboxyl group, R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a carboxymethyl group, and M represents a proton, an ammonium cation or an alkali metal cation),
The structural unit (B) is represented by the following general formula (2):
(In formula (2), R3 represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, or a carboxyl group.)
下記構造単位(A)、(B)及び(C)からなり、
構造単位(B)の含有量が構造単位(A)及び(B)の合計に対して5モル%~30モル%、
構造単位(C)の含有量が構造単位(A)~(C)の合計に対して0.1モル%~10モル%、
数平均分子量Mnが500ダルトン~20,000ダルトン(Da)及び
数平均分子量Mnと重量平均分子量Mwの比Mw/Mnが1.00~2.00のポリマーであり、
前記ポリマーは水溶性及び上限臨界溶液温度(UCST)を有し、
前記ポリマーを含む50重量%水溶液の粘度が25℃で10mPa・s~10,000mPa・sであり、
UCST未満の温度で疎水性、UCST以上の温度で親水性を示す、
温度応答性のカルボン酸系ポリマー。
構造単位(A)は、下記一般式(1)
で表されるカルボキシル基含有ビニルモノマー由来の構造単位(式(1)中、R は水素原子又はカルボキシル基を表し、R は水素原子、メチル基、エチル基又はカルボキシメチル基を表し、Mはプロトン、アンモニウムカチオン又はアルカリ金属カチオンを表す。)であり、
構造単位(B)は、下記一般式(2)
で表される芳香族ビニルモノマー由来の構造単位(式(2)中、R は水素原子、水酸基又はカルボキシル基を表す。)である。
構造単位(C)は、下記一般式(3)
で表される構造単位である(式(3)中、Qはアクリルアミド系ビニルモノマー由来の構造単位を表す。)。
It consists of the following structural units (A), (B) and (C):
The content of the structural unit (B) is 5 mol % to 30 mol % based on the total of the structural units (A) and (B);
the content of the structural unit (C) is 0.1 mol % to 10 mol % based on the total of the structural units (A) to (C);
A number average molecular weight Mn of 500 Daltons to 20,000 Daltons (Da) and
a polymer having a ratio Mw/Mn of number average molecular weight Mn to weight average molecular weight Mw of 1.00 to 2.00;
the polymer is water soluble and has an upper critical solution temperature (UCST);
a viscosity of a 50 wt % aqueous solution containing the polymer is 10 mPa s to 10,000 mPa s at 25°C;
It is hydrophobic at temperatures below UCST and hydrophilic at temperatures above UCST.
Temperature-responsive carboxylic acid-based polymers.
The structural unit (A) is represented by the following general formula (1):
(In formula (1), R1 represents a hydrogen atom or a carboxyl group , R2 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a carboxymethyl group, and M represents a proton, an ammonium cation or an alkali metal cation),
The structural unit (B) is represented by the following general formula (2):
(In formula (2), R3 represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, or a carboxyl group.)
The structural unit (C) is represented by the following general formula (3):
(In formula (3), Q represents a structural unit derived from an acrylamide vinyl monomer.)
前記数平均分子量Mnが500ダルトン~5,000ダルトン(Da)である、請求項1又は請求項2に記載のカルボン酸系ポリマー。 The carboxylic acid polymer according to claim 1 or 2, wherein the number average molecular weight Mn is 500 to 5,000 daltons (Da). 前記構造単位(A)が、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸及びマレイン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種のカルボキシル基含有ビニルモノマー由来の構造単位であり、前記構造単位(B)が、スチレン、ビニル安息香酸及びヒドロキシスチレンからなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族ビニルモノマー由来の構造単位である、請求項1に記載のカルボン酸系ポリマー。 The carboxylic acid polymer according to claim 1, wherein the structural unit (A) is a structural unit derived from at least one carboxyl group-containing vinyl monomer selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid, and the structural unit (B) is a structural unit derived from at least one aromatic vinyl monomer selected from the group consisting of styrene, vinylbenzoic acid, and hydroxystyrene. 前記構造単位(A)が、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸及びマレイン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種のビニルモノマー由来の構造単位であり、前記構造単位(B)が、スチレン、ビニル安息香酸及びヒドロキシスチレンからなる群より選ばれる少なくとも一種のビニルモノマー由来の構造単位であり、前記構造単位(C)が、アクリルアミド、メタクリルアミド、4-アクロイルモルホリン及び4-メタクリロイルモルホリンからなる群より選ばれる少なくとも一種のアクリルアミド系ビニルモノマー由来の構造単位である、請求項2に記載のカルボン酸系ポリマー。 The carboxylic acid polymer according to claim 2, wherein the structural unit (A) is a structural unit derived from at least one vinyl monomer selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid; the structural unit (B) is a structural unit derived from at least one vinyl monomer selected from the group consisting of styrene, vinylbenzoic acid, and hydroxystyrene; and the structural unit (C) is a structural unit derived from at least one acrylamide-based vinyl monomer selected from the group consisting of acrylamide, methacrylamide, 4-acroylmorpholine, and 4-methacryloylmorpholine. 20重量%水溶液のUCSTが50℃~100℃、30重量%水溶液で40℃~90℃、40重量%水溶液で30℃~70℃、且つ50重量%水溶液で10℃~60℃である請求項1~5のいずれか1項に記載のカルボン酸系ポリマー。 The carboxylic acid polymer according to any one of claims 1 to 5, wherein the UCST of a 20 wt% aqueous solution is 50°C to 100°C, that of a 30 wt% aqueous solution is 40°C to 90°C, that of a 40 wt% aqueous solution is 30°C to 70°C, and that of a 50 wt% aqueous solution is 10°C to 60°C. 50重量%水溶液粘度が、40℃で10mPa・s~5000mPa・sである請求項1~6のいずれか1項に記載のカルボン酸系ポリマー。 The carboxylic acid polymer according to any one of claims 1 to 6, having a 50 wt% aqueous solution viscosity of 10 mPa·s to 5,000 mPa·s at 40°C. 前記ポリマーの末端がカルボキシル基である構造である、請求項1~7のいずれか1項に記載のカルボン酸系ポリマー。 The carboxylic acid polymer according to any one of claims 1 to 7, wherein the polymer has a structure in which the terminal end is a carboxyl group. カルボキシル基含有ビニルモノマー及び芳香族ビニルモノマーを含むモノマー混合物を、親水性溶媒中、親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤、又は親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤及びRAFT剤若しくは親水性の連鎖移動剤を用いて重合させる、UCST未満で疎水性、UCST以上で親水性を示す温度応答性のカルボン酸系ポリマーの製造方法であって、
前記モノマー混合物中の全モノマーに対する芳香族ビニルモノマーの割合は9.0モル%~20.0モル%であり、
前記モノマー混合物中の全モノマーに対する親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤、RAFT剤及び親水性の連鎖移動剤の割合の総和は0.90モル%~13.0モル%である、
方法
A method for producing a temperature-responsive carboxylic acid polymer that is hydrophobic below UCST and hydrophilic at or above UCST, comprising polymerizing a monomer mixture containing a carboxyl group-containing vinyl monomer and an aromatic vinyl monomer in a hydrophilic solvent using a hydrophilic azo radical polymerization initiator, or a hydrophilic azo radical polymerization initiator and a RAFT agent or a hydrophilic chain transfer agent,
the ratio of the aromatic vinyl monomer to all monomers in the monomer mixture is 9.0 mol % to 20.0 mol %;
the total ratio of the hydrophilic azo radical polymerization initiator, the RAFT agent, and the hydrophilic chain transfer agent to all the monomers in the monomer mixture is 0.90 mol % to 13.0 mol %;
method
前記カルボキシル基含有ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、イタコン酸及びマレイン酸からなる群より選ばれる1以上のカルボキシル基含有ビニルモノマーであり、
芳香族ビニルモノマーが、スチレン、ビニル安息香酸及びヒドロキシスチレンからなる群より選ばれる1以上の芳香族ビニルモノマーである、請求項9に記載の製造方法。
the carboxyl group-containing vinyl monomer is one or more carboxyl group-containing vinyl monomers selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, and maleic acid;
10. The method according to claim 9, wherein the aromatic vinyl monomer is one or more aromatic vinyl monomers selected from the group consisting of styrene, vinyl benzoic acid, and hydroxystyrene.
モノマー混合物が、アクリルアミド系ビニルモノマーをさらに含むモノマー混合物である請求項9又は請求項10に記載の製造方法であって、
前記モノマー混合物中の全モノマーに対する芳香族ビニルモノマーの割合は10.0モル%~15.0モル%、アクリルアミド系ビニルモノマーの割合は0.1モル%~5.0モル%である、
方法。
The method according to claim 9 or 10, wherein the monomer mixture further contains an acrylamide vinyl monomer,
the ratio of the aromatic vinyl monomer to all the monomers in the monomer mixture is 10.0 mol% to 15.0 mol%, and the ratio of the acrylamide vinyl monomer is 0.1 mol% to 5.0 mol%;
method.
前記アクリルアミド系ビニルモノマーが、アクリルアミド、メタクリルアミド、4-アクロイルモルホリン及び4-メタクリロイルモルホリンからなる群より選ばれる1以上のアクリルアミド系ビニルモノマーである請求項11に記載の製造方法。 The manufacturing method described in claim 11, wherein the acrylamide vinyl monomer is one or more acrylamide vinyl monomers selected from the group consisting of acrylamide, methacrylamide, 4-acroylmorpholine, and 4-methacryloylmorpholine. 前記親水性のアゾ系ラジカル重合開始剤がカルボキシル基を有する親水性の重合開始剤であり、前記RAFT剤がカルボキシル基を有するRAFT剤であり、及び前記親水性の連鎖移動剤がカルボキシル基を有する親水性の連鎖移動剤である、請求項9~12のいずれか1項に記載の製造方法。 The manufacturing method described in any one of claims 9 to 12, wherein the hydrophilic azo-based radical polymerization initiator is a hydrophilic polymerization initiator having a carboxyl group, the RAFT agent is a RAFT agent having a carboxyl group, and the hydrophilic chain transfer agent is a hydrophilic chain transfer agent having a carboxyl group. 前記親水性溶媒がメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン及び水からなる群より選ばれる1または2以上の親水性溶媒である請求項9~13のいずれか1項に記載の製造方法。 The manufacturing method described in any one of claims 9 to 13, wherein the hydrophilic solvent is one or more hydrophilic solvents selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone, and water. 請求項1~8のいずれか1項に記載のカルボン酸系ポリマーを1重量%~70重量%含む水溶液であって、UCST未満で相分離し、UCST以上で均一溶液となる水溶液。 An aqueous solution containing 1% to 70% by weight of the carboxylic acid polymer described in any one of claims 1 to 8, which undergoes phase separation below the UCST and becomes a homogeneous solution above the UCST. 請求項1~8のいずれか1項に記載のカルボン酸系ポリマーの含有量が20重量%~50重量%である請求項15に記載の水溶液。 The aqueous solution according to claim 15, wherein the content of the carboxylic acid polymer according to any one of claims 1 to 8 is 20% by weight to 50% by weight. 相分離温度が40℃~60℃である請求項15又は請求項16に記載の水溶液。 The aqueous solution according to claim 15 or 16, wherein the phase separation temperature is 40°C to 60°C. 請求項1~8のいずれか1項に記載のカルボン酸系ポリマーを溶質として含む正浸透膜法水処理システム用又は浸透圧発電用の駆動溶液。 A work solution for a forward osmosis membrane water treatment system or an osmotic power generation system, comprising the carboxylic acid polymer according to any one of claims 1 to 8 as a solute.
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